Un projet européen repousse les limites de nos connaissances sur les nanostructures Des chercheurs financés par l'UE ont trouvé un nouveau moyen de déposer une forme extrêmement rare d'iodure de cuivre sur une nanostructure poreuse. Si les propriétés de cette découverte restent largement méconnues, elle n'en pourrait pas moins ouvrir la voie à tout un éventail d'applications inédites, notamment dans la production de cellules solaires efficaces. Recherche fondamentale © Rost9, Shutterstock Cette découverte a été effectuée de façon tardive au cours du projet NanoCuI, financé par l'UE, et en grande partie de manière accidentelle. Alors qu'elle tentait de développer de nouveaux nanomatériaux utilisables dans les cellules solaires, l'équipe a mélangé trois substances chimiques courantes dans de l'eau et découvert qu'elles pouvaient produire le dépôt d'un polytype 12R d'iodure de cuivre sur un verre conducteur spécial. «Jusqu'à maintenant, une seule étude a été publiée sur ce cinquième type d'iodure de cuivre, ce qui en fait un sujet tout à fait passionnant», déclare le Dr John Fielden de l'Université d'East Anglia, au Royaume-Uni. «Il est probable que, comme les autres formes d'iodure de cuivre, ce nouveau matériau conduise l'électricité efficacement, et la forme des nanostructures que nous avons fabriquées semble être adaptée à une utilisation dans les cellules solaires à colorant.» L'iodure de cuivre a plusieurs applications. On l'utilise dans les textiles pour stabiliser la chaleur dans le nylon, dans des pièces de moteur automobile ainsi que dans d'autres secteurs où la durabilité et le poids sont importants. Ce matériau peut aussi servir à détecter le mercure. «L'utilisation de l'iodure de cuivre dans les films minces présente un grand d'intérêt», ajoute le Dr Fielden. «C'est ce qui a servi de point de départ à ce projet.» Des cellules solaires plus efficaces Le projet NanoCuI a entrepris de déterminer si des électrodes d'iodure de cuivre pourraient permettre aux cellules solaires à colorant d'offrir un meilleur rendement. Une avancée dans ce domaine pourrait aider à transformer le secteur de l'énergie solaire, qui doit maintenir son avantage concurrentiel sur un marché mondial attentif au prix. «La plupart des cellules solaires du commerce utilisent du silicium», explique M. Fielden. «Leur rendement peut atteindre 20 % et leur prix est de plus en plus abordable. Toutefois, leur fabrication consomme beaucoup d'énergie, et elles exigent une intensité lumineuse importante pour offrir un rendement maximal.» Au cours des 20 dernières années, de nombreux chercheurs ont consacré leurs travaux à l'étude d'un autre type de cellules solaires à colorant utilisant des anodes de dioxyde de titane (un ingrédient courant de la peinture) et des teintures moléculaires absorbant la lumière. Plus économiques et plus efficaces en conditions de faible éclairement, ces cellules solaires présentent un rendement maximal largement inférieur au silicium. Les chercheurs souhaitent donc découvrir s'il serait possible de combiner de nouveaux dispositifs d'énergie solaire, appelés cellules solaires à colorant de type p (p-DSSC), à des anodes DSSC classiques pour mettre au point des dispositifs plus efficaces. «En principe, ceci devrait nous permettre d'obtenir une tension supérieure et, avec la mise au point appropriée, de faire en sorte qu'un type de teinture absorbe les longueurs d'onde plus courtes au niveau de l'anode, et un autre type de teinture le reste du spectre à la cathode», ajoute M. Fielden. «En absorbant davantage de lumière, nous générons plus de courant et donc une tension supérieure.» Cependant, les cellules p-DSSC contiennent généralement des cathodes d'oxyde de nickel qui offrent un rendement limité en raison de leur faible conductivité. M. Fielden a cherché à remplacer l'oxyde de nickel par de l'iodure de cuivre, 100 fois plus conducteur. C'est au cours des tests visant à développer le nanomatériau d'iodure de cuivre adéquat qu'il a découvert une méthode permettant de fabriquer un polytype 12R d'iodure de cuivre nanostructuré. Une découverte scientifique M. Fielden et son équipe ont mis au point des électrodes recouvertes de minuscules particules d'iodure de cuivre interconnectées, mais ont été déçus de leur rendement lors des tests sur cellules solaires. «Pour l'instant, nous n'en connaissons pas vraiment la raison», indique-t-il. «Cela pourrait venir de la nanostructure ou du matériau lui-même. Dans tous les cas, l'impact de ce projet devrait être bien plus important, notamment dans la science fondamentale des matériaux et les nanosciences, pour la bonne raison que personne n'a encore étudié les propriétés de ce type particulier d'iodure de cuivre.» Par ailleurs, M. Fielden souligne le fait que c'est uniquement grâce au soutien financier d'entités comme l'UE que des projets scientifiques tels que NANOCUI, qui ne garantissent aucun résultat clair, peuvent être menés. «Ces projets nous permettent réellement d'essayer de nouvelles choses», ajoute-t-il. «Il y a toujours des surprises et des découvertes à faire. Notre capacité à faire progresser et développer de nouveaux produits implique une certaine prise de risque, en particulier dans le cas de dispositifs complexes tels que les cellules solaires.» Mots‑clés NANOCUI, cellules solaires, nanomatériaux, iodure de cuivre, photocathodes, type p, oxyde de nickel, électricité
