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 captent 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. Les points quantiques dans les cellules solaires à points quantiques, cependant, peuvent être créés pour capturer plusieurs bandes de lumière en faisant varier leur taille et leur composition chimique dans le processus de fabrication. Cela rend un ensemble de différents types de points quantiques sur une couche de substrat potentiellement capable de capturer une large gamme de longueurs d’onde lumineuses, 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 énergie électrique avec un matériau de cellule solaire constitué d’un type de structure chimique est théoriquement au maximum de 31 %. Les cellules solaires commerciales à partir de 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 de matériau photovoltaïque à base de silicium de haute pureté en substituant un polymère flexible et des substrats métalliques. La recherche sur les cellules solaires s’est également concentrée sur la capture d’une plage de bande interdite de lumière plus large, à la fois en empilant différentes couches de matériaux de cellules solaires ou en créant des cristaux uniques, appelés points quantiques, sur une seule couche de cellules solaires. Toutes les approches ont leurs inconvénients, et les cellules solaires à points quantiques tentent également d’utiliser leurs avantages dans la mesure du possible.
La technologie émergente des cellules solaires à points quantiques repose sur la physique et la chimie des points quantiques eux-mêmes, mais comprend également le principe d’une cellule solaire multicouche et la capacité d’incorporer ces composants dans un produit potentiellement plus facile à fabriquer. substrat souple. 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 visible rayonnante et de la convertir en électricité, ainsi que de capturer une partie de la lumière dans les bandes infrarouge et ultraviolette. Les rendements énergétiques de ces cellules solaires ont atteint une efficacité de 42% en laboratoire à partir de 2011, et les efforts actuels consistent à 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 se sont concentrées sur le modèle à trois bandes interdites ou à jonctions multiples, où différentes couches d’alliages semi-conducteurs de gallium-arséniure-nitrate sont interconnectées. Une autre composition chimique à jonctions multiples a utilisé un alliage zinc-manganèse-tellure et des cellules solaires à points quantiques sont également fabriquées à partir de sulfure de cadmium sur un substrat de dioxyde de titane recouvert de molécules organiques pour interconnecter le substrat métallique et les points quantiques. D’autres variations sur les trois couches de bande interdite incluent la recherche utilisant le phosphure d’indium-gallium, l’arséniure d’indium-gallium 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 un impact plus direct sur l’efficacité des cellules solaires à points quantiques pour capturer un large spectre de lumière que le la chimie réelle des matériaux eux-mêmes. Cependant, les couches d’une cellule solaire à jonctions multiples, y compris les points quantiques eux-mêmes, doivent souvent avoir une épaisseur inférieure à deux nanomètres, ce qui nécessite un niveau de précision extrêmement fin pour produire que seules les installations de fabrication de micropuces qui fabriquent des processeurs informatiques et de la mémoire sont capable 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 chères à fabriquer. Idéalement, ils seront construits sur des matériaux polymères flexibles afin qu’ils puissent être peints sur des bâtiments ou utilisés comme revêtement pour l’électronique portable. Ils seraient alors également capables d’être tissés en tissus synthétiques pour l’habillement et le rembourrage des voitures. Cela donnerait à la technologie des cellules solaires de nombreuses applications dans la production d’électricité qui pourraient compléter ou supplanter le besoin d’utilisation de combustibles fossiles pour de nombreux besoins courants des consommateurs, notamment dans les domaines du contrôle climatique, des télécommunications, des transports et de 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 conquérir un marché mondial d’une ampleur sans précédent.