Que sont les cellules solaires à points quantiques?
Les cellules solaires à points quantiques sont des cellules solaires construites sur un réseau de cristaux fabriqués à l'échelle nanométrique qui ont le potentiel de surpasser les technologies de cellules solaires conventionnelles en raison d'une limitation fondamentale de la façon dont les cellules solaires capturent la lumière du soleil.Une cellule solaire standard est construite sur une couche de matériau qui est la plus efficace pour capturer une bande ou une longueur d'onde de lumière particulière.Cependant, les points quantiques dans les cellules solaires à points quantiques peuvent être créés pour capturer plusieurs bandes de lumière en faisant varier leur taille et leur composition chimique dans le processus de fabrication.Cela fait un éventail de différents types de points quantiques sur une couche de substrat potentiellement capable de capturer une large gamme de longueurs d'onde légères, ce qui les rend beaucoup plus efficaces et économiques à produire que les cellules solaires standard.
La limite technique pour convertir la lumière du soleil en électriqueL'énergie avec un matériau de cellules solaires composée d'un type de structure chimique est théoriquement un maximum de 31%.Les cellules solaires commerciales en 2011 n'ont cependant qu'un niveau d'efficacité pratique de 15% à 17% à leur niveau maximum.Des recherches sont en cours depuis des décennies pour trouver des améliorations à la technologie des cellules solaires à partir de plusieurs points de vue, tels que la réduction des dépenses du matériau photovoltaïque basé sur du silicium hautement pure en substituant des polymères flexibles et des substrats métalliques.La recherche sur les cellules solaires s'est également concentrée sur la capture d'une bande interdite plus large de lumière, à la fois en empilant différentes couches de matériaux de cellules solaires ou en cristaux uniques d'ingénierie, appelés points quantiques, sur une couche de cellules solaires.Toutes les approches ont leurs inconvénients, et les cellules solaires à points quantiques tentent également d'utiliser leurs avantages si possible.
La technologie émergente des cellules solaires à points quantiques est construite sur la physique et la chimie des points quantiques eux-mêmes, mais comprend égalementle principe d'une cellule solaire multicouche et la capacité d'incorporer ces composants dans un substrat plus facilement fabriqué et potentiellement flexible.Idéalement, la technologie vise à produire ce que l'on appelle une cellule solaire à spectre complet, capable de capturer jusqu'à 85% de la lumière radiante et visible et de convertir en électricité, ainsi que de capturer une lumière dans les bandes infrarouges et ultraviolets.Les résultats énergétiques pour ces cellules solaires ont atteint une efficacité de 42% en laboratoire en 2011, et les efforts actuels impliquent de trouver des structures chimiques pratiques et rentables pour une telle technologie afin qu'elle puisse être produite en masse.
Les approches des cellules solaires de nouvelle génération ontaxé sur les trois bandes bandeaux ou modèles multi-jonction, où différentes couches d'alliages semi-conducteurs de nitrate de gallium-arsénite sont interconnectés.Une autre composition chimique multi-jonction a utilisé un alliage de zinc-manganisé-tellurium et des cellules solaires à points quantiques sont également fabriqués à partir de sulfure de cadmium sur un substrat de dioxyde de titane qui est recouvert de molécules organiques pour interconnecter le substrat métallique et les points quantiques.D'autres variations sur les trois couches de bande interdite comprennent des recherches utilisant l'indium-gallium-phosphure, l'indium-gallium-arséside et le germanium.De nombreuses combinaisons chimiques semblent fonctionner, et la taille des molécules utilisées dans le processus, telles que la couche d'interconnexion organique, semble avoir plus d'impact direct sur l'efficacité des cellules solaires à points quantiques pour capturer un large éventail de lumière que lesChimie réelle des matériaux eux-mêmes.Les couches d'une cellule solaire multi-jonction, cependant, y compris les points quantiques eux-mêmes, doivent souvent avoir moins de deux nanomètres d'épaisseur, ce qui nécessite un niveau de précision extrêmeCapable à une échelle de masse.
L'objectif de la recherche sur les cellules solaires à points quantiques est de rendre les cellules solaires à la fois plus efficaces et moins coûteuses à fabriquer.Idéalement, ils seront construits sur un compagnon de polymère flexibleRials afin qu'ils puissent être peints dans des bâtiments ou utilisés comme revêtement pour l'électronique portable.Ils seraient ensuite également capables d'être tissés dans des tissus synthétiques pour les vêtements et le rembourrage dans les voitures.Cela donnerait aux applications généralisées de la technologie des cellules solaires dans la production électrique qui pourraient compléter ou supplanter la nécessité d'une utilisation de combustibles fossiles pour de nombreux besoins courants des consommateurs, y compris dans la climatisation, les télécommunications, le transport et l'éclairage.De telles cellules solaires ont été créées en laboratoire aux États-Unis, au Canada, au Japon et dans d'autres pays, et la première entreprise à trouver une méthode de production de masse peu coûteuse de la technologie est susceptible de saisir un marché mondial pour elle d'une échelle sans précédent.