Une nouvelle méthode utilisant des nanofils peut rendre les panneaux solaires beaucoup plus efficaces et beaucoup moins chers

Une nouvelle méthode utilisant des nanofils peut rendre les panneaux solaires beaucoup plus efficaces et beaucoup moins chers

L’intégration du produit au-dessus d’une cellule Si peut potentiellement améliorer l’efficacité des cellules solaires jusqu’à 40 %, ce qui signifierait un doublement de l’efficacité par rapport aux cellules solaires Si commerciales d’aujourd’hui. Crédit : Shutterstock, NTB

Un groupe de recherche de l’Université norvégienne des sciences et de la technologie (NTNU) a mis au point une méthode pour fabriquer une cellule solaire à très haute efficacité matérielle à l’aide de nanofils semi-conducteurs. Si celle-ci est placée au-dessus d’une cellule solaire traditionnelle à base de silicium, elle pourrait potentiellement doubler l’efficacité des cellules solaires en silicium d’aujourd’hui à faible coût.

« Nous avons une nouvelle méthode d’utilisation de l’arséniure de gallium (GaAs) de manière très efficace grâce à la nanostructuration, ce qui nous permet de rendre les cellules solaires beaucoup plus efficaces en n’utilisant qu’une infime fraction du matériau normalement utilisé », explique Anjan Mukherjee, un doctorat candidat au Département des systèmes électroniques. Mukherjee est le principal développeur de la technique.

L’arséniure de gallium (GaAs) est le meilleur matériau pour fabriquer des cellules solaires à haut rendement en raison de son absorption lumineuse et de ses caractéristiques électriques extraordinaires. Il est couramment utilisé pour fabriquer des panneaux solaires principalement destinés à être utilisés dans l’espace.

Cependant, les composants de cellules solaires GaAs de haute qualité sont assez coûteux à fabriquer, ce qui a entraîné une demande de techniques permettant de réduire l’utilisation du matériau.

Ces dernières années, on s’est rendu compte qu’une structure de nanofils peut potentiellement améliorer l’efficacité des cellules solaires par rapport aux cellules solaires planaires standard, même si moins de matériau est utilisé.

« Notre groupe de recherche a trouvé une nouvelle façon de fabriquer une cellule solaire à rapport puissance/poids ultra-élevé qui est plus de 10 fois plus efficace que toute autre cellule solaire, en utilisant GaAs dans une structure de nanofils », explique Helge Weman, professeur au Département des systèmes électroniques de NTNU.

Les recherches du groupe ont été publiées dans ACS Photonique, un journal de l’American Chemical Society.

Méthode pionnière

Les cellules solaires GaAs sont le plus souvent cultivées sur un substrat GaAs épais et coûteux, ce qui laisse peu de place à la réduction des coûts.

« Notre méthode utilise une structure de réseau de nanofils semi-conducteurs à la verticale sur une plate-forme Si bon marché et favorable à l’industrie pour faire croître les nanofils », a déclaré Weman.

« La solution la plus rentable et la plus efficace consiste à faire croître une double cellule en tandem, avec une cellule à nanofils GaAs en haut sur une cellule en Si inférieure, ce qui évite l’utilisation d’un substrat GaAs coûteux. Nous avons travaillé pour minimiser le coût de développer la meilleure cellule de nanofils GaAs, car c’est le coût de fabrication du GaAs qui est l’un des principaux problèmes qui freinent actuellement la technologie », explique Weman.

« La petite empreinte de la structure du nanofil offre un avantage supplémentaire, car elle permet une haute qualité des cristaux dans le nanofil et dans l’interface avec le silicium. Cela contribue à améliorer les performances des cellules solaires », a déclaré Bjorn-Ove Fimland, professeur à le même département.

Le développement de cette technologie peut être simple et rentable avec des investissements appropriés et des projets de R&D à l’échelle industrielle.

« Nous cultivons les nanofils à l’aide d’une méthode appelée MBE (molecular beam epitaxy), qui n’est pas un outil capable de produire des matériaux à grand volume. Cependant, il est possible de produire ces cellules solaires à base de nanofils à grande échelle en utilisant un outil à grande échelle tel que MOCVD (dépôt en phase vapeur organique métallique) », a déclaré Mukherjee.

L’intégration de ce produit au-dessus d’une cellule Si peut potentiellement améliorer l’efficacité des cellules solaires jusqu’à 40 %, ce qui signifierait un doublement de l’efficacité par rapport aux cellules solaires Si commerciales d’aujourd’hui.

Convient pour les voyages dans l’espace

Les chercheurs affirment que leur approche pourrait être adaptée pour que les nanofils soient cultivés sur différents substrats, ce qui pourrait ouvrir la porte à de nombreuses autres applications.

« Nous explorons la croissance de ce type de structure de nanofils légers sur des substrats bidimensionnels atomiquement minces tels que le graphène. Cela pourrait ouvrir d’énormes opportunités pour produire des cellules solaires légères et flexibles qui peuvent être utilisées dans des drones auto-alimentés, micro -satellites et autres applications spatiales », a déclaré Mukherjee.


Moins peut être plus : Nanofils semi-conducteurs pour le photovoltaïque flexible


Plus d’information:
Anjan Mukherjee et al, GaAs/AlGaAs Nanowire Array Solar Cell Grown on Si with Ultrahigh Power-Per-Weight Ratio, ACS Photonique (2021). DOI : 10.1021/acsphotonics.1c00527

Fourni par l’Université norvégienne des sciences et de la technologie

Citation: Une nouvelle méthode utilisant des nanofils peut rendre les panneaux solaires beaucoup plus efficaces et beaucoup moins chers (2021, 5 novembre) récupéré le 5 novembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-11-method-nanowires-solar-panels-efficient .html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.