L'effet plasmonique pour renforcer l'efficacité des cellules photovoltaïques
Les cellules photovoltaïques, ou piles solaires, sont sur le point de pénétrer le marché en masse s'il est possible d'en augmenter l'efficacité à des coûts réduits. L'excitation des plasmons des cellules photovoltaïques en couche mince semble constituer une voie prometteuse pour atteindre cet objectif. Les plasmons sont des ondes électromagnétiques cohérentes et collectives formées par les oscillations d'électrons pratiquement libres à l'interface entre deux matériaux, généralement un métal et un diélectrique. Induire cet effet plasmonique autour de NP métalliques incorporées dans des diélectriques permet d'améliorer la capture de la lumière à des longueurs d'onde spécifiques, augmentant ainsi l'efficacité de l'absorption. Les partenaires du projet SOLAMON («Plasmons generating nanocomposite materials (PGNM) for 3rd generation thin film solar cells») ont mis au point des éléments de construction de NP sur mesure en vue de procéder à une intégration dans des substrats de silicium commerciaux à faible coût pour générer un effet plasmonique. L'intégration a été réalisée grâce à un nouveau procédé breveté de dépôt à température ambiante pour les nanoparticules de grande taille. Trois types de piles solaires en couches minces ont été envisagés: un type adapté au marché des cellules photovoltaïques intégrées au bâti et les deux autres aux produits de consommation plus petits. Les chercheurs du projet SOLAMON ont déposés des nanoparticules d'argent (Ag)de petite taille et de taille plus grande, faisant preuve d'une bonne maîtrise des processus et de la reproductibilité ainsi que de la capacité à induire un effet plasmonique. Des expériences préliminaires prometteuses ont également été menées avec de grandes nanoparticules métalliques noyau-enveloppe, dont la production a débouché sur deux demandes de brevet. Un logiciel intégré de simulation a été utilisé pour déterminer et comparer les propriétés optiques des trois types de cellules photovoltaïques avec et sans PGNM. Des couches de PGNM ont été incorporées avec succès dans les trois et des tests préliminaires ont indiqué la voie à suivre pour obtenir de nouvelles optimisations. En particulier, l'utilisation de grandes nanoparticules métalliques noyau-enveloppe pourrait permettre de surmonter certaines difficultés techniques rencontrées pendant les phases de test et de simulation. Les cellules photovoltaïques de 1ère génération sont utilisées et les piles solaires en couche mince de 2e génération sont encore plus compétitives en termes de prix, mais laissent à désirer sur le plan de l'efficacité de conversion souhaitée. La technologie du projet SOLAMON ouvre la voie à une occasion unique d'accroître l'efficacité en utilisant des nanoparticules intégrées capables d'induire la résonance plasmonique pour les piles solaires en couche mince de 3e génération. La poursuite des recherches en vue d'atteindre les objectifs du projet aura un impact significatif sur le marché mondial de l'énergie.
