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Essentielle pour limiter le réchauffement climatique, la transition énergétique pourrait s’accélérer grâce à une nouvelle percée dans le domaine photovoltaïque, promettant des cellules à très haut rendement.

Un rendement doublé

Notamment utilisé dans le domaine spatial, l’arséniure de gallium (GaAs) est depuis longtemps considéré comme le meilleur matériau pour fabriquer des panneaux solaires à haut rendement, en raison de ses extraordinaires propriétés électriques et d’absorption de la lumière. Cependant, de telles cellules s’avèrent extrêmement coûteuses à produire, c’est pourquoi les chercheurs explorent différents moyens de réduire l’utilisation de ce matériau.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue ACS Photonics, des chercheurs de l’université norvégienne des sciences et de la technologie (NTNU) ont imaginé une nouvelle approche reposant sur l’utilisation de nanofils semi-conducteurs d’arséniure de gallium. Peu onéreux, l’ensemble du processus promet des cellules solaires de nouvelle génération se révélant jusqu’à deux fois plus performantes que les dispositifs photovoltaïques grand public actuels.

« Nous avons développé une nouvelle méthode très efficace reposant sur la nanostructuration de l’arséniure de gallium, qui nous permet de n’utiliser qu’une petite fraction de l’arséniure de gallium habituellement nécessaire », a expliqué Anjan Mukherjee, auteur principal de l’étude.

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Ces cellules photovoltaïques à base de nanofils présentent un rapport puissance/poids ultra élevé (les rendant de dix fois plus efficaces que toute autre cellule solaire), et les chercheurs ont déterminé que leur intégration au-dessus de cellules en silicium classiques permettrait de faire grimper le rendement de ces dernières à près de 40 % (contre environ 20 % actuellement).

Vers une production à l’échelle industrielle

Pour l’heure, les chercheurs font croître les nanofils à l’aide d’une méthode connue sous le nom « d’épitaxie par faisceau moléculaire ». Si ce procédé ne permet pas d’obtenir des matériaux en grande quantité, l’utilisation d’une approche à échelle industrielle, telle que l’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques, constituerait une solution viable.

L’équipe tente également de développer cette structure légère de nanofils sur des substrats en graphène dits à « deux dimensions », constitués d’une seule couche d’atomes, afin de proposer « des cellules photovoltaïques légères et flexibles, utilisables dans des drones automatisés ou des microsatellites ».

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