Cellules solaires efficaces grâce aux puits quantiques

Des chercheurs de l’University of California San Diego (UCSD) développent des cellules solaires en couches fines qui ont une efficacité pouvant atteindre les 45%, dépassant ainsi largement la limite théorique de 31% de rendement de photoconversion des cellules classiques à jonction p-n.

Pour mener ces études, l’équipe dirigée par le professeur Edward Yu a reçu en novembre 2007 un financement du DoE de 885.000 dollars sur trois ans, dans le cadre du programme Solar America.

Ces cellules développées en couches minces mettent à profit l’utilisation de deux types de nanostructures qui permettent cet important gain en rendement. Tout d’abord, les chercheurs ont introduit dans la couche active des nanoparticules qui diffusent fortement la lumière, et qui augmentent ainsi la probabilité d’absorption des photons. L’apport décisif vient ensuite de l’incorporation de puits quantiques qui améliorent l’absorption des photons les moins énergétiques en diminuant le gap entre les bandes de valence et de conduction.

Cette approche exploitant les propriétés des puits quantiques avait déjà été proposée, mais sans réelle amélioration car les puits quantiques agissent également comme pièges pour les porteurs de charge, ce qui a pour effet de diminuer la valeur du photocourant collecté. L’utilisation conjointe de nanoparticules proposée par l’équipe de San Diego et de puits quantiques dans une disposition particulière permet de limiter ce phénomène de piégeage, et d’obtenir ainsi un réel gain sur le rendement quantique.

Ces résultats fort prometteurs nécessitent cependant une optimisation qui selon le Dr Yu pourrait prendre plusieurs années avant de permettre d’envisager la production industrielle de telles cellules solaires. (cf graphique rapport coût / efficacité)

BE Etats-Unis numéro 124 (16/05/2008) – Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/54678.htm