PRNE, le 25/07/2007 à 02:21 Un effet quantique unique a été identifié dans les nanocrystaux de silicium
GOLDEN, Colorado, July 25 /PRNewswire/ --
- Les matériaux à points quantiques pourraient améliorer l´efficacité descellules solaires au silicium
Des chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL)du Département américain de l´énergie, en collaboration avec Innovalight,Inc., ont démontré qu´un nouvel effet important appelé Multiple ExcitonGeneration >> (MEG) survient avec efficacité dans les nanocrystaux desilicium. La MEG entraîne la formation de plusieurs électrons par photonabsorbé.
Le silicium est le matériau semi-conducteur dominant utilisé dans lescellules solaires actuelles, représentant plus de 93 % du marché des cellulesphotovoltaïques. Avant cette découverte, on avait indiqué au cours des deuxdernières années que la MEG se produisait uniquement dans les nanocrystaux(aussi appelés points quantiques) de semi-conducteurs qui ne sont pasutilisés dans les cellules solaires commerciales à l´heure actuelle, et quicontenaient des matériaux nuisibles à l´environnement (tels que le plomb).Ces nouveaux résultats frayent le chemin pour l´application potentielle de laMEG en vue d´optimiser considérablement l´efficacité de conversion descellules solaires basées sur le silicium, car une plus grande quantitéd´énergie solaire est convertie en électricité. Il s´agit là d´une étapemajeure vers l´objectif qui est d´améliorer la rentabilité de l´énergiesolaire par rapport aux sources d´énergie conventionnelles.
Dans un compte-rendu publié le 24 juillet dans la première version enligne du Nano Letters Journal >> de l´American Chemical Society (cf.http://pubs3.acs.org/acs/journals/doilookup>in_doi=10.1021/nl071486l), uneéquipe du NREL a indiqué que les nanocrystaux de silicium - ou pointsquantiques - fournis par Innovalight peuvent produire plusieurs électrons àpartir de photons de lumière solaire individuels dont les longueurs d´ondesont inférieures à 420 nm. Quand les cellules solaires photovoltaïquesactuelles absorbent un photon de lumière solaire, environ 50 % de l´énergieincidente est perdue sous forme de chaleur. La MEG offre un moyen deconvertir une partie de cette énergie perdue sous forme de chaleur enélectricité supplémentaire.
Les nanocrystaux de silicium produits par Innovalight, Inc., undéveloppeur de cellules solaires en couche mince basé à Santa Clara, enCalifornie, ont été étudiés au NREL dans le cadre d´une collaboration entreles scientifiques du NREL et ceux d´Innovalight. L´équipe du NREL étaitconstituée de Matthew C. Beard, Kelly P. Knutsen, Joseph M. Luther, QingSong, Wyatt Metzger, Randy J. Ellingson et Arthur J. Nozik.
Les résultats constituent une extension importante de la gamme desmatériaux semi-conducteurs qui présentent une MEG et confirment les travauxinnovants réalisés par Nozik, qui, en 1997, a prédit que les pointsquantiques à semi-conducteurs pouvaient présenter une multiplicationd´électrons efficace et donc augmenter l´efficacité des cellules solaires.
Á ce jour, toutes les expériences indiquant la production de plus d´unélectron par photon absorbé ont été basées sur divers types de spectroscopieoptique. Dans un dispositif à cellules solaires, il faut extraire lesélectrons produits dans les points quantiques et les faire passer à traversun circuit externe pour produire de l´électricité. Ces expériences sontactuellement en cours au NREL, chez Innovalight et dans d´autres laboratoiresdans le but de démontrer que la MEG peut effectivement améliorer l´efficacitédes cellules solaires. Les calculs réalisés au NREL par Mark Hanna et Nozikont indiqué que l´efficacité théorique maximale des cellules solaires à pointquantique présentant une MEG optimale est d´environ 44 % avec une lumièresolaire normale non concentrée et 68 % avec une lumière solaire concentréepar un facteur de 500 au moyen de lentilles ou de miroirs spéciaux. Lescellules solaires conventionnelles actuelles qui produisent un seul électronpar photon présentent des efficacités maximales de 33 % et 40 %,respectivement, sous des conditions solaires identiques.
Outre l´extraction efficace des électrons des points quantiques dans lescellules solaires, les recherches futures ont pour objectif de produire uneMEG à des longueurs d´onde qui chevauchent davantage le spectre solaire, etde produire un déclenchement nettement plus pointu des processus MEG avec unelongueur d´onde décroissante des photons.
Le NREL est le plus important laboratoire national de recherche et dedéveloppement sur les énergies renouvelables et l´efficacité énergétique duDépartement américain de l´énergie. Les recherches du NREL ont été financéespar l´Office of Science, l´Office of Basic Energy Sciences, la Division ofChemical Sciences, Geosciences, and Biosciences du Département américain del´énergie. Le NREL est géré par Midwest Research Institute et Battelle pourle Département américain de l´énergie.NR20-07
Pour de plus amples informations, veuillez consulter: http://www.nrel.govet http://www.innovalight.com.
Site Web : http://innovalight.com http://www.nrel.gov

U.S. DOE National Renewable Energy Laboratory; Innovalight, Inc.

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