Des nanoparticules pour améliorer la conversion de la lumière en électricité Des chercheurs de l'UE ont effectué la démonstration des propriétés optiques supérieures de minuscules nanoparticules semi-conductrices et métalliques, qui peuvent être utilisées pour l'énergie solaire, améliorant l'efficacité des cellules solaires et amorçant le marché pour une adoption à grande échelle. Énergie © Thinkstock Les nanoparticules fournissent une plateforme matérielle souple, ouvrant la possibilité pour de nouvelles approches en matière de conversion de la lumière solaire en électricité. En particulier, les nanostructures semi-conductrices, dans lesquelles au moins une dimension est suffisamment petite pour produire des effets de confinement quantique, ont ouvert de nouvelles pistes de recherche pour améliorer le rendement du processus de photoconversion primaire. Dans le cadre du projet ULTRA PARTICLE (Ultra precise nanoparticles to harvest light), les chercheurs ont cherché à obtenir des gains de rendement grâce aux points quantiques et aux particules métalliques. L'objectif final était de concevoir des points quantiques et des particules métalliques adaptées pour absorber des photons dans la cellule solaire avec des énergies sur une partie beaucoup plus large du spectre électromagnétique. Les cellules solaires peuvent ainsi générer davantage d'électricité à partir de la même quantité de lumière. Les points quantiques sont des nanocristaux 3D semi-conducteurs confinés avec des propriétés uniques résultant de leur composition, de leur forme et de leur taille. La manipulation de leur taille modifie à la fois l'absorption et l'émission des points quantiques. C'est précisément cette possibilité de réglage fin qui a rendu les points quantiques si populaires dans les écrans d'appareils électroniques, depuis les smartphones jusqu'aux télévisions. Les particules métalliques résonnent fortement (plasmon) pour une couleur de lumière particulière, ce qui augmente l'absorption optique dans la cellule solaire semi-conductrice qui l'entoure. Grâce aux fonds d'ULTRA PARTICLE, les chercheurs ont acheté une source de groupements d'agrégation de gaz de pointe pour produire des nanoparticules de taille bien définie et cohérente. Après l'avoir connecté à un appareil à pulvérisation à film fin existant, l'équipe a obtenu des échantillons de nanoparticules d'argent, d'or, d'aluminium, de silicium (Si) et de germanium déposées sur différents substrats. Une évaluation minutieuse par microscopie à force atomique et transmission d'électrons a confirmé la possibilité d'intégrer ces nanoparticules dans du Si amorphe. Il s'agit d'une première étape importante en vue de l'exploitation de nanostructures métalliques qui supportent des plasmons de surface localisés (excitations d'électrons de conduction aux interfaces métal-diélectrique) pour augmenter la quantité de lumière solaire absorbée. Dans le même temps, les chercheurs ont minutieusement préparé des nanoparticules de Si de tailles dans la limite de confinement quantique, ce qui était l'objectif principal de la proposition de bourse. Les nanoparticules ont été préparées avec un rendement suffisamment important pour produire des films assemblés par nanoparticules fines de Si du type requis pour le photovoltaïque à film fin. Les réalisations du projet ULTRA PARTICLE ont jeté les bases d'une adaptation des propriétés optiques de points quantiques pour accéder à une gamme plus large de longueurs d'ondes. Amener la technologie des cellules solaires à points quantiques vers des rendements inédits permettra de convertir la lumière solaire en électricité à moindre coût, ce qui favorisera son adoption sur le marché. Mots‑clés Points quantiques, nanoparticules, plasmonique, source de groupements, énergie solaire, cellules solaires, ULTRA PARTICLE, silicium
