Le graphène: prometteur pour convertir la lumière en électricité

Des chercheurs de l'Institut des Sciences Photoniques de Barcelone (ICFO) ont mis en évidence, dans le cadre d'un projet international, que le graphène est un matériau performant pour convertir l'énergie lumineuse en courant électrique. L'expérience qu'ils ont réalisée démontre que pour chaque photon absorbé, plusieurs électrons "chauds" sont produits. Ces derniers, une fois canalisés, peuvent donner naissance à un courant électrique. Si de nombreuses étapes restent à franchir avant de contrôler tout le processus, le travail présenté ouvre des perspectives prometteuses.


Le graphène, une couche de carbone monoatomique, possède de nombreuses propriétés que les chercheurs du monde entier commencent tout juste à décrypter. Le travail conduit par des chercheurs de l'ICFO, du MIT, du Max Planck Institute for Polymer Research et de l'entreprise basque Graphenea a permis d'ajouter une nouvelle compétence au graphène. Ce matériau est un bon convertisseur qui lorsqu'il absorbe de l'énergie lumineuse produit des électrons.

Cet effet est bien connu en science des matériaux. Il porte le nom d'effet photoélectrique dont l'explication théorique en 1905 par Einstein lui a valu son Prix Nobel. Les matériaux capables de produire un tel effet sont actuellement étudiés de près car ils sont le composant essentiel des panneaux photovoltaïques. L'objectif des chercheurs est de trouver le matériau qui assure le meilleur rendement dans la conversion entre énergie lumineuse et énergie électrique.

Le travail des chercheurs publié dans la revue Nature Physics place le graphène comme un matériau prometteur dans ce cadre: le graphène produit plusieurs électrons utilisables pour chaque quantité élémentaire d'énergie lumineuse - ou photon - absorbée. En comparaison, la plupart des matériaux ne produisent qu'un seul électron par photon. Ensuite, le graphène présente un bon potentiel d'absorption sur l'ensemble du spectre visible, sachant tout de même que plus l'énergie des photons incidents est élevée, plus il y a d'électrons produits.

Malgré ces avantages, il existe quelques barrières à lever pour faire du graphène un matériau parfait pour une utilisation dans les panneaux photovoltaïques. C'est tout d'abord un matériau transparent, c'est à dire que même s'il convertit très bien les photons absorbés, il n'absorbe qu'une faible partie de l'énergie lumineuse qu'il reçoit. Ensuite, il s'agit de récupérer efficacement les électrons produits suite à la conversion pour en faire un courant électrique utilisable. Cette propriété du graphène renforce aussi son potentiel d'utilisation dans les dispositifs optoélectroniques qui combinent photons et électrons pour transmettre et stocker l'information.