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Deux couches d’atomes = une cellule solaire !

En associant deux matériaux constitués d’une seule couche d’atomes, des chercheurs du MIT montrent que l’on peut fabriquer une cellule solaire minimale qui bat tous les records en termes de densité de puissance. Un débouché potentiel de plus pour le graphène (carbone) et les autres matériaux "2D".
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Deux couches d’atomes = une cellule solaire !
Une couche d’atomes de carbone (en bas), associée à une couche de disulfure de molybdène (MoS2) : cela donne une cellule solaire de seulement 1 nanomètre (milliardième de mètre) d’épaisseur.

Les matériaux constitués d’une seule couche d’atomes absorbent fortement la lumière et peuvent être semiconducteurs. Partant de là, une équipe du MIT a utilisé les ressources de la modélisation et du calcul pour étudier leur utilisation dans des cellules photovoltaïques. Le résultat est surprenant.

Ainsi, en empilant une couche d’atomes de carbone (le graphène) avec une couche de MoS(disulfure de molybdène), on obtient une cellule solaire de faible rendement : 1%. Mais comme elle ne fait qu’un nanomètre d’épaisseur, elle engendre en fait 30 fois plus de puissance par unité de volume que les plus fines cellules connues (une cellule en AsGa d’un micron d’épaisseur, et dont le rendement approche 30%).

Sur le même principe, les chercheurs ont simulé d’autres cellules à deux couches d’atomes, 1 000 fois plus minces que les plus minces des cellules photovoltaïques existantes. Ils ont ainsi étudié une autre cellule d’un nanomètre d’épaisseur, en combinant une couche d’atomes de MoS2 avec un autre matériau monocouche : WS2 (disulfure de tungstène). Comme pour le dispositif précédent, la densité de puissance obtenue est très supérieure à celle des cellules classiques en silicium ou en AsGa.

Evidemment, tout cela se passe sur un ordinateur (même si quelques résultats ont été validés par comparaison avec des mesures réelles). Il reste donc à fabriquer pour de bon ces dispositifs, et les chercheurs s’y emploient maintenant. Mais ils ont déjà calculé qu’en empilant, non plus deux, mais six couches – 3 couches de graphène et 3 couches de MoS2 - on devrait obtenir un rendement de 10%... dans une épaisseur limitée à 3 nanomètres.

Thierry Lucas

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