Du phytoplancton pour un meilleur rendement solaire

Des organismes unicellulaires pourraient être utilisés dans la conception de cellules solaires à pigment photosensible. Elles faciliteraient ainsi la fabrication des cellules et pourraient même tripler leur rendement.

Les diatomées (Bacillariophyta) sont des microalgues unicellulaires planctoniques, vieilles de quelques 100 millions d’année. Un constituant majeur du phytoplancton.

Une équipe de chercheurs de l’Université d’Etat de l’Oregon (OSU) s’est penchée sur la structure nanoscopique de la coque de ces organismes. Appliquées sur la surface de cellules solaires, les coques permettraient de faciliter les étapes de fabrication, tout en améliorant le rendement des cellules.

"La plupart des technologies de cellules solaires repose sur le silicium. Elles arrivent à la limite de ce qu’il est possible d’en attendre", estime Greg Rorrer, professeur de génie chimique à l’OSU.

"Il existe une opportunité immense de développer différents types de technologies d’énergie solaire, et il est probable que plusieurs formes trouvent leur usage propre, en fonction de la situation."

La technologie à pigment photosensible utilise des matériaux respectueux de l’environnement, et fonctionne à un niveau d’éclairement faible. Inspirée de la photosynthèse, elle repose sur l’excitation de ces pigments par le rayonnement solaire. Ces pigments sont généralement imprégnés dans un matériau semi-conducteur. 

"Les cellules à pigment photosensible existent déjà, poursuit Rorrer, ce qui est différent dans notre approche, ce sont les étapes que nous suivons pour les fabriquer, et le potentiel d’amélioration que celles-ci promettent."

Les coques des diatomées offrent en effet une nanostructure idéale : les organismes sont enduits sur la surface conductrice transparente de la cellule et le matériau organique est ensuite retiré. Ne restent alors que les squelettes qui constituent une structure ordonnée.

Un agent biologique est alors utilisé pour précipiter du titane soluble dans des nanoparticules de dioxyde de titane, créant une couche mince qui agit comme un semi-conducteur.

Ces étapes sont difficiles à réaliser avec des méthodes conventionnelles. Elles se trouvent largement facilitées par le recours aux squelettes des diatomées. La solution devient donc plus simple à fabriquer et moins coûteuse. Tout en gagnant en efficacité :

"Dans ce système, les photons rebondissent davantage dans les pores de la coquille de diatomée, le rendant plus efficace." Le principe physique de ce phénomène n’est pas entièrement compris, mais fonctionne bien. Il semble que les petits trous dans les coques de diatomées accroissent l’interaction entre les photons et le pigment, ce qui améliore la conversion de lumière en électricité, et permet une production plus importante.

Si cette solution reste "légèrement plus chère" que certaines méthodes de conception des cellules à pigment photosensible, elle promet un rendement triple, estiment les chercheurs.

Les résultats de ces recherches ont été publiés dans la revue ACS Nano
 

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