Une équipe de recherche de l' Institut des sciences physiques Hepei de l' Académie chinoise des sciences vient d'annoncer une nouvelle méthode pour augmenter l'efficacité des cellules solaires de plus de 10 % en optimisant la nanostructure des matériaux photovoltaïques.
Dans le cadre de cette étude, les scientifiques ont développé une technique permettant d'ajuster la distance entre les nanobâtonnets de dioxyde de titane (TiO₂) sans modifier leur taille individuelle. Ces nanobâtonnets monocristallins sont reconnus pour leur absorption lumineuse et leur conductivité électrique, et sont largement utilisés dans les cellules solaires, les capteurs et les photocatalyseurs.
Un problème technique antérieur résidait dans le fait que l'ajustement de la densité des nanobâtonnets impliquait souvent des modifications simultanées de hauteur et de diamètre, ce qui affectait les performances du dispositif. Pour y remédier, l'équipe a prolongé l'étape d'hydrolyse lors de la formation du film précurseur. Cette prolongation a permis la formation de chaînes de gel plus longues, produisant des particules d'anatase plus petites. Lors du traitement hydrothermique du film d'anatase, ces particules se sont converties in situ en rutile, qui a servi de germe à la croissance des nanobâtonnets.
L'équipe a ainsi créé des films de TiO₂ présentant un diamètre et une hauteur de nanobâtonnets constants, tout en contrôlant la densité de distribution. Intégrés à des cellules solaires CuInS₂ (traitées à basse température), ces films ont atteint un rendement de conversion énergétique de 10,44 %.
Pour expliquer le mécanisme de fonctionnement, les auteurs ont proposé un modèle « volume-surface-densité », analysant la relation entre la densité des nanobâtonnets et leur capacité à absorber la lumière, à séparer le courant et à récupérer les porteurs. Ce modèle montre que l'ajustement de la distance entre les nanopiliers affecte non seulement l'optique, mais contribue également à réduire les pertes d'énergie et à augmenter la capacité à collecter les charges, améliorant ainsi les performances globales du dispositif.
Outre ses applications dans les cellules solaires, cette technique ouvre également des perspectives dans les domaines de l'optoélectronique et de la catalyse, où les nanostructures jouent un rôle déterminant dans la performance. En contrôlant le processus de formation des structures à l'échelle microscopique, cette nouvelle méthode contribue grandement au développement de matériaux hautes performances sans recourir à des technologies de fabrication coûteuses ou complexes.
Cette étude fournit non seulement une solution pour améliorer les cellules solaires, mais présente également un système complet reliant les conditions de fabrication, le processus de formation de la microstructure et l'optimisation des performances du dispositif, une contribution significative à la future technologie de l'énergie propre.
Source : https://khoahocdoisong.vn/tang-hieu-suat-pin-mat-troi-len-hon-10-nho-cong-nghe-nano-post1555380.html
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