Les cellules solaires ou photovoltaïques représentent l'une des meilleures technologies jamais inventées pour fournir une source d'énergie absolument "propre" et potentiellement inépuisable pour alimenter en électricité notre civilisation.

Toutefois, pour que ce rêve se réalise, les cellules solaires doivent être fabriquées avec des éléments peu coûteux, des traitements chimiques moins voraces en énergie, et surtout, elles ont besoin de convertir efficacement et à moindre coût la lumière du solaire en électricité.

Une équipe de chercheurs du Département américain de l'Énergie (DOE) du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) a fait la démonstration de deux des trois exigences requises, avec un début prometteur sur la troisième.

Peidong Yang, un chimiste de la division Matériaux des Sciences de Berkeley Lab a conçu l'élaboration d'une technique à base de solution en nanofils pour la fabrication des cellules solaires en utilisant des semi-conducteurs en sulfure de cadmium pour le noyau et du sulfure de cuivre pour l'enveloppe.

Peu coûteuses et facile à fabriquer, les cellules solaires à base de nanofils se targuent d'être en circuit ouvert et de délivrer des facteurs de remplissage supérieurs aux valeurs conventionnelles des cellules solaires (planaires). Ensemble, la tension en circuit ouvert et le facteur de remplissage déterminent le maximum d'énergie qu'une cellule solaire est en mesure de produire. En outre, les nouveaux nanofils ont également démontré une efficacité de conversion d'énergie de 5,4%, ce qui est comparable aux cellules solaires planaires.

"C'est la première fois qu'une solution technique d'échange de cations est utilisée pour la production de monocristallin de haute qualité en nanofils de sulfure de cadmium et de cuivre", a indiqué le chimiste. "Notre objectif, avec l'absorption d'une lumière accrue que nous avons déjà démontré dans les réseaux de nanofils par piégeage de la lumière, indique que le couple noyau / enveloppe en nanofils est vraiment prometteur pour la technologie des cellules solaires à venir."

Les cellules solaires conventionnelles d'aujourd'hui sont fabriquées à partir de simples plaquettes de silicium cristallin qui nécessitent environ 100 micromètres d'épaisseur de ce matériau très coûteux pour absorber suffisamment de lumière du soleil. Par ailleurs, le haut niveau de purification nécessaire aux cristaux rend le processus de fabrication de la cellule même simple, à base de silicium, complexe, coûteux, réclamant de fortes intensités énergétiques.

Une alternative très prometteuse serait des nanofils semi-conducteurs - une bande unidimensionnelle de matériaux dont la largeur mesurerait seulement un millième d'un cheveu humain, mais dont la longueur pourrait s'étirer jusqu'à l'échelle millimétrique. Les cellules solaires à base de nanofils offrent un certain nombre d'avantages par rapport aux cellules solaires planaires, comme une meilleure séparation de charge et des capacités supérieures de collecte de photons. De plus, elles peuvent être fabriquées à partir de matériaux que l'on trouve en abondance sur Terre, à comparer au silicium hautement transformé.