L'efficacité des photocellules nanofils a augmenté à 17,8%

Structure schématique d'une photocellule à nanofils Des

chercheurs de l'Université technique d'Eindhoven (Pays-Bas) ont établi un nouveau record pour l' efficacité des photocellules à nanofils: 17,8%. Il s'agit d'un type de cellule solaire relativement nouveau qui a été inventé il y a moins d'une décennie. En si peu de temps, il a réussi à se rapprocher des types traditionnels de cellules solaires monocouches en termes d'efficacité.

Ces progrès rapides indiquent que les photocellules à nanofils sont une technologie très prometteuse. Les inventeurs en ont parlé dès le début. La «focalisation» des photons à travers les nanofils semble si séduisante que l'on peut rêver d'une augmentation spectaculaire de l'efficacité.


Cellule photoélectrique avec nanofibres debout d'arséniure de gallium. Photo: Niels Bohr Institute Nanotechnology Center (Danemark)

Contrairement à d'autres types de photocellules, les photocellules à nanofils ne sont pas constituées de couches denses solides, mais d'une grille de fibres verticales d'une épaisseur d'environ 200 nanomètres chacune.

En 2013, Peter Krogstrup du Niels Bohr Institute Nanotechnology Center (Danemark) et des scientifiques de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse) ont construit un prototype de cellule solaire ( pdf ) d'une surface de 1 mm ²avec des nanofibres debout d'arséniure de gallium. Sous un ensoleillement normal, un courant correspondant à 24,6 mA par centimètre carré de surface a été retiré de la photocellule. En fait, les nanofibres sur pied ont concentré la lumière d'une zone 15 fois leur section efficace totale.

De tels indicateurs phénoménaux s'expliquent par la résonance des ondes lumineuses visibles, dont la longueur est inférieure à la section efficace de la fibre debout. Face aux fibres debout, les ondes voisines entrent en résonance. Le réseau de fibres sur pied comme aspirateur «aspire» la lumière ambiante en lui-même.

KhKnstn: , . — 100 /². , 2016 , 34,5 /².

15 . , , . , .

Si nous acceptons la «tricherie» avec résonance, alors les nanofibres devraient généralement dépasser la limite fondamentale de Shockley-Quisser , qui est de 33,7% pour une cellule avec une jonction pn, 42% pour une cellule à deux couches, 49% pour une cellule à trois couches et 68% pour une cellule hypothétique à infini nombre de couches.

Efficacité record de divers types de cellules solaires, 1976-2016


Peu après les premiers prototypes, d'autres scientifiques ont commencé à expérimenter avec de vraies photocellules à nanofils. L'efficacité de ces éléments a commencé à croître rapidement.

Aujourd'hui, un groupe de chercheurs de l'Université technique d'Eindhoven a démontré pour la première fois en conditions réelles l'efficacité d'une cellule photoélectrique à 17,8%. Selon les chercheurs, c'est loin d'être la limite. Les auteurs des travaux scientifiques, Dick van Dam (Dick van Dam) et Inchao Tsui (Yingchao Cui) sont convaincus que le record tombera rapidement. Ils prévoient que le seuil d'efficacité de 20% sera dépassé d'ici deux ans. L'augmentation de l'efficacité est due au travail théorique des physiciens qui ont calculé une forme et un diamètre plus efficaces des nanofibres, ainsi que leur position relative. Leur réalisation réside précisément dans l'optimisation de la «forêt» de nanofibres, qui a permis de réduire le nombre de défauts.

Le record précédent atteint pour ce type de cellule solaire était de 15,3%. Ce résultat a été démontré par des chercheurs de l'Université de Lund (Suède). On pense que la limite théorique d'efficacité d'une photocellule à nanofils est de 46%, ce qui est beaucoup plus élevé que la limite fondamentale de Shockley-Kweisser pour les éléments traditionnels où l'effet de résonance n'est pas impliqué.

Les scientifiques soulignent qu'un autre avantage des photocellules à nanofils est leur faible coût théorique dans la production de masse, même par rapport à une technologie vieille de plusieurs décennies pour la fabrication de photocellules traditionnelles. Un avantage important est qu'il faut cinq fois moins de matière pour fabriquer de nouvelles cellules. Ce n'est pas seulement moins cher et économe en énergie. Moins il y a de matière, moins il y a de défauts et de lots défectueux. Du moins théoriquement.

Pour que les photocellules à nanofils deviennent commercialement attractives, elles doivent être comparées aux éléments conventionnels en termes de coût et d'efficacité. Pour ce faire, vous devez porter l'efficacité à au moins 25% et améliorer le processus technique de leur fabrication. Une réduction supplémentaire des coûts peut être obtenue en passant de l'utilisation de métaux rares, tels que l'arséniure de gallium et le phosphure d'indium, au silicium plus courant. Une autre façon de réduire le coût est l'invention du procédé technologique pour la production de cellules solaires sans l'utilisation d'un substrat épais.

Le 17 octobre 2016, Dick van Dam a reçu son doctorat (PhD) de l'Université de Technologie d'Eindhoven pour ses travaux sur le calcul et la fabrication de photocellules nanofils à efficacité récurrente. Malheureusement, sa thèse de doctorat n'est pas publiée dans le domaine public. Jusqu'à une revue indépendante et la publication d'un article scientifique dans une revue officielle, l'auteur s'abstient de divulguer les détails techniques de l'invention.

Un communiqué de presse universitaire souligne que le Dr van Dam est connu comme le vainqueur de la saison du quiz télévisé Met het Mes op Tafel , qui combine poker et érudition.

Source: https://habr.com/ru/post/fr398483/