Un petit morceau d'un prototype de bâche solaire. Université de Californie, San Diego, CC BY-ND

Le potentiel de production d’énergie des panneaux solaires - et une limitation importante de leur utilisation - est le résultat de leur fabrication. Les prix des panneaux en silicium diminuent de telle sorte qu’à certains endroits, ils peuvent fournir de l’électricité coûts à peu près identiques à ceux des combustibles fossiles comme le charbon et le gaz naturel. Mais les panneaux solaires en silicium sont également encombrants, rigides et cassants, ils ne peuvent donc pas être utilisés n'importe où.

Dans de nombreuses régions du monde qui n’ont pas d’électricité régulière, des panneaux solaires pourraient fournir liseuse après la tombée de la nuit et de l'énergie à pompe à eau potable, Aidez-moi alimenter les petites entreprises familiales ou villageoises ou même servir refuges d'urgence et campements de réfugiés. Mais la fragilité mécanique, la lourdeur et les difficultés de transport des panneaux solaires en silicium suggèrent que le silicium peut ne pas être idéal.

Bâtir sur le travail des autres, mon groupe de recherche travaille à développer des panneaux solaires flexibles, qui serait aussi efficace qu'un panneau de silicium, mais serait mince, léger et pliable. Ce type d'appareil, que nous appelons "bâche solaire, "Pourrait être étendu à la taille d'une pièce et générer de l'électricité à partir du soleil, et il pourrait être gonflé à la taille d'un pamplemousse et enfermé dans un sac à dos jusqu'à 1,000 fois sans se casser. Bien que des efforts aient été déployés pour rendre les cellules solaires organiques plus flexibles, simplement en les rendant ultra-minces, la durabilité réelle nécessite une structure moléculaire qui rend les panneaux solaires extensibles et résistants.

Semi-conducteurs en silicium

Le silicium est dérivé du sable, ce qui le rend bon marché. Et la façon dont ses atomes se placent dans un matériau solide en fait un bon semi-conducteur, ce qui signifie que sa conductivité peut être activée et désactivée à l'aide de champs électriques ou de lumière. Parce que c'est bon marché et utile, le silicium est la base des micropuces et des circuits imprimés dans les ordinateurs, les téléphones mobiles et essentiellement tous les autres appareils électroniques, transmettant des signaux électriques d’un composant à un autre. Le silicium est également la clé de la plupart des panneaux solaires, car il peut convertir l'énergie de la lumière en charges positives et négatives. Ces charges circulent sur les côtés opposés d'une cellule solaire et peuvent être utilisées comme une batterie.

Mais ses propriétés chimiques signifient également qu'il ne peut pas être transformé en électronique flexible. Le silicium n'absorbe pas la lumière très efficacement. Les photons peuvent traverser un panneau de silicium trop fin, donc ils doivent être assez épais - autour des micromètres 100, environ l'épaisseur d'un billet d'un dollar - pour que rien ne soit gaspillé.

Semiconducteurs de nouvelle génération

Mais les chercheurs ont trouvé d'autres semi-conducteurs qui absorbent beaucoup mieux la lumière. Un groupe de matériaux, appelé "pérovskites, "Peut être utilisé pour fabriquer des cellules solaires qui sont presque aussi efficace que ceux en silicone, mais avec des couches absorbant la lumière qui sont un millième de l'épaisseur nécessaire avec le silicium. En conséquence, les chercheurs travaillent sur la construction cellules solaires à pérovskite pouvant alimenter de petits avions sans pilote et d'autres dispositifs où la réduction du poids est un facteur clé.

La Prix ​​Nobel de Chimie 2000 a été décerné aux chercheurs qui ont découvert qu’ils pouvaient fabriquer un autre type de semi-conducteur ultra-mince, appelé polymère semi-conducteur. Ce type de matériau s'appelle un "semi-conducteur organique" car il est basé sur le carbone et est appelé "polymère" car il est constitué de longues chaînes de molécules organiques. Les semi-conducteurs organiques sont déjà utilisés commercialement, y compris dans le industrie d'un milliard de dollars of écrans à diodes électroluminescentes organiques, mieux connu sous le nom de téléviseurs OLED.

Les semi-conducteurs polymères ne sont pas aussi efficaces pour convertir la lumière solaire en électricité que les perovskites ou le silicium, mais ils sont beaucoup plus flexible et potentiellement extraordinairement durable. Les polymères réguliers - pas les semi-conducteurs - se retrouvent partout dans la vie quotidienne; ce sont les molécules qui composent le tissu, le plastique et la peinture. Les semi-conducteurs polymères ont le potentiel de combiner les propriétés électroniques de matériaux comme le silicium avec les propriétés physiques du plastique.

Le meilleur des deux mondes: efficacité et durabilité

Selon leur structure, les plastiques présentent un large éventail de propriétés, y compris la flexibilité, comme avec une bâche. et la rigidité, comme les panneaux de carrosserie de certaines automobiles. Les polymères semi-conducteurs ont des structures moléculaires rigides et beaucoup sont composés de minuscules cristaux. Celles-ci sont essentielles à leurs propriétés électroniques mais ont tendance à les rendre fragiles, ce qui n’est pas un attribut souhaitable pour les articles souples ou rigides.

Le travail de mon groupe s’est concentré sur l’identification des moyens de créer des matériaux présentant à la fois de bonnes propriétés semiconductrices et la durabilité les plastiques sont connus pour - qu'ils soient flexibles ou non. Cela sera la clé de mon idée d'une bâche ou d'une couverture solaire, mais pourrait également conduire à des matériaux de toiture, à des carreaux de sol extérieurs ou peut-être même à la surface des routes ou des parcs de stationnement.

Ce travail sera essentiel pour exploiter la puissance de la lumière du soleil, car après tout, la lumière du soleil qui frappe la Terre en une heure contient plus d'énergie que toute l'humanité utilise en un an.

A propos de l'auteur

Darren Lipomi, professeur de nanotechnologie, Université de Californie à San Diego

Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.

Livres connexes

at Marché InnerSelf et Amazon