Utiliser le soleil pour créer des matériaux à énergie solaire

Cette percée réalisée par des ingénieurs chimistes de l’Université de l’Oregon pourrait bien entraîner une réduction de coût dans l’énergie solaire, une vitesse accrue dans le processus de production, une utilisation de matériaux plus respectueux de l’environnement, et surtout faire que le soleil soit en mesure de produire à la fois des matériaux pour des dispositifs solaires et de l’énergie pour les alimenter.

Les résultats ont été publiés dans la revue de la Royal Society of Chemistry (RSC), dont le travail est soutenu par la National Science Foundation.

"Cette approche devrait fonctionner et s’avérer être respectueuse de l’environnement", a déclaré Chih-Hung Chang, professeur de génie chimique à l’université de l’Oregon et auteur principal de l’étude.

"Plusieurs aspects du système devraient contribuer à réduire le coût de l’énergie solaire, et – quand ils seront largement utilisés -, notre empreinte carbone", a ajouté le Pr Chang. "Le dispositif pourrait fabriquer des matériaux solaires partout où il y a une ressource lumineuse disponible. De plus, dans le processus de fabrication des produits chimiques, il n’y aurait aucun impact sur l’énergie."

Ce travail est basé sur l’utilisation d’un micro-réacteur "à flux constant" qui génère des encres à nanoparticules afin de constituer des cellules solaires par impression. Les approches existantes qui sont basées principalement sur des opérations par lots sont beaucoup plus longues et coûteuses.

Dans ce procédé, les rayons du soleil sont focalisés sur le micro-réacteur solaire afin d’être chauffés rapidement, tout en permettant un contrôle précis de la température. Même si la lumière dans ce type d’expérience était émise artificiellement, ce processus pourrait être réalisé avec la lumière directe du soleil. "Notre système peut synthétiser des matériaux solaires en quelques minutes par rapport à d’autres processus qui peuvent prendre 30 minutes à deux heures", a affirmé le Pr. Chang. "Ce gain de vitesse de fonctionnement permet de réduire le coût."

Pour réaliser ces expériences, les matériaux utilisés comprenaient du diséléniure de cuivre-indium. Toutefois, pour obtenir un coût moins élevé en matériaux, il serait aussi possible de considérer d’autres composants comme le sulfure d’étain zinc cuivre** a dit le Pr. Chang. Et pour rendre le processus capable de fonctionner 24 heures par jour, le soleil aurait aussi pour mission de produire des sels fondus. Ce dernier pourrait être utilisé plus tard comme source d’énergie dans le process de fabrication. Cette étape fournirait un contrôle plus précis dans la température de traitement nécessaire pour créer les matériaux solaires.

Les cellules solaires en couche mince à base de films en chalcogénure ont déjà atteint un rendement solaire assez élevé de conversion d’énergie d’environ 20% en laboratoire ont annoncé les chercheurs, tout en étant plus économique que la technologie du silicium. D’autres améliorations sur l’efficacité devraient être également possibles.

Un autre avantage de cette approche de l’énergie solaire en couche mince reste que les couches solaires absorbantes sont, en fait, très minces – environ 1-2 microns, au lieu de 50-100 microns des cellules classiques de silicium. Cela pourrait faciliter l’intégration de l’énergie solaire dans certaines infrastructures, en recouvrant de couches minces des fenêtres, des toitures ou des façades par exemples.

** Copper zinc tin sulfide (CZTS)