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Posté par Redbran le Jeudi 08/12/2016 à 12:00
Les cellules solaires en polymères évoluent, grâce au graphène

Illustration: projet GO-NEXTS
En à peine une heure, le Soleil baigne la Terre d'une énergie suffisante pour couvrir nos besoins pour une année entière. Des cellules solaires organiques, à base de graphène, pourraient permettre d'exploiter cette manne de manière efficace et économique.

Les deux premières générations de cellules solaires sont principalement basées sur le silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.). Les cellules solaires organiques (à base de polymères) promettent d'importants avantages. Il s'agit notamment de la souplesse et d'économies pour les grandes surfaces, grâce à des techniques bien établies de traitement des polymères.

Les électrodes en graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) disposent d'une excellente conductivité, et sont donc intéressantes pour réaliser des cellules solaires efficaces à hétérojonction de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...), proposées il y a plus de 25 ans. Cependant, il reste encore à déterminer les mécanismes et les effets de l'intégration avec une couche mince (Une couche mince est une fine pellicule d'un matériau déposée sur un autre matériau, appelé « substrat ». Le but de la couche mince est de donner des propriétés particulières à la surface de la pièce tout en bénéficiant...) en polymères.

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) GO-NEXTS (Graphene doping and texturing in efficient electrodes for organic solar cells), financé par l'UE, a structuré des électrodes de contact en graphène, afin qu'elles se comportent comme des cristaux photoniques (Les cristaux photoniques sont des structures périodiques de matériaux diélectriques ou métalliques conçues pour modifier la propagation des ondes électromagnétiques de la même manière qu'un...). Les cristaux photoniques sont des structures périodiques diélectriques, avec une bande interdite bloquant la propagation de certaines longueurs d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.).

Ces cristaux peuvent être comparés à la bande d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) interdite entre les électrons de valence et de conduction dans les semi-conducteurs. Ces propriétés permettent un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) très fin sur les rayonnements électromagnétiques, impossible à obtenir par une optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) classique. Elles conduiront à des améliorations sans précédent du rendement et des performances des cellules solaires à hétérojonction de masse.

Les chercheurs ont commencé par la simulation et la fabrication de chaque composant. Ils ont notamment étudié le rôle des contacts entre le graphène et le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des...), puis modélisé les propriétés électroniques du graphène ainsi que les propriétés optiques du contact en grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un élément du tube de télévision. Une grille d'arrêt est un élément du tube de télévision. Une grille de contrôle est...). Les résultats, associés à l'évaluation des effets de divers paramètres de conception comme l'épaisseur de la couche, ont ouvert la voie à des activités prometteuses de fabrication.

Les partenaires du projet ont étudié des processus de dépôt chimique en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) vapeur () du graphène sur divers substrats, ainsi que la croissance de graphène sur des cristaux photoniques texturés. Le dépôt chimique en phase vapeur à basse température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) s'est avéré incapable de produire du graphène en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de...) suffisante pour le photovoltaïque. Par contre, le processus de croissance de graphène est presque totalement abouti.

Le projet GO-NEXTS proposera des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) transparents pour électrodes, des processus de fabrication et des architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) pour dispositifs. Parmi les techniques qui devraient apparaître dans les années qui viennent, certaines des plus probables sont celles qui utilisent des électrodes souples et transparentes, en graphène. Il s'agit par exemple des cellules solaires, des diodes électroluminescentes, organiques (OLED) ou non (LED), des écrans tactiles et des écrans à cristaux liquides (Un cristal liquide est un état de la matière qui combine des propriétés d'un liquide conventionnel et celles d'un solide cristallisé. On exprime son état par le terme de mésophase.) (LCD), qui sont actuellement fabriqués par projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une...) d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) d'étain-indium.

L'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une des...) est un leader de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) sur le graphène, et les résultats du projet GO-NEXTS lui permettront de contribuer encore plus aux progrès dans ce domaine. Ces résultats contribueront aussi à sa compétitivité face aux États-Unis et à l'Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la Terre. Il est le plus grand continent (8,6 % de la surface totale terrestre ou 29,4 % des terres...), et sur le marché des technologies associées au graphène. Leur application aux produits grand public pourrait changer la vie (La vie est le nom donné :) de tous les jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...), avec un profond impact sur la recherche et la commercialisation futures du graphène.

Pour plus d'information voir: projet GO-NEXTS

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Source: CORDIS-Europa