Lorsqu’il s’agit de fournir de l’énergie pour l’exploration spatiale et les colonies, les cellules solaires couramment disponibles en silicium ou en arséniure de gallium sont encore trop lourdes pour être transportées par fusée. Pour relever ce défi, une grande variété d’alternatives légères sont explorées, y compris les cellules solaires constituées d’une wonderful couche de séléniure de molybdène, qui entrent dans la catégorie additionally significant des cellules solaires au dichalcogénure de métal de changeover 2D (2D TMDC). Publiant le 6 juin dans le numéro inaugural de la revue System, les chercheurs proposent une conception de dispositif qui peut faire passer l’efficacité des dispositifs 2D TMDC de 5 %, comme cela a déjà été démontré, à 12 %.
“Je pense que les gens se rendent lentement compte que les TMDC 2D sont d’excellents matériaux photovoltaïques, mais pas pour les apps terrestres, mais pour les purposes mobiles – plus flexibles, comme les programs spatiales”, déclare l’auteur principal et membre du comité consultatif de l’appareil. Deep Jariwala de l’Université de Pennsylvanie. “Le poids des cellules solaires 2D TMDC est 100 fois inférieur à celui des cellules solaires en silicium ou en arséniure de gallium, si soudainement ces cellules deviennent une technologie très attrayante.”
Bien que les cellules solaires 2D TMDC ne soient pas aussi efficaces que les cellules solaires au silicium, elles produisent plus d’électricité par poids, une propriété connue sous le nom de “puissance spécifique”. En effet, une couche de seulement 3 à 5 nanomètres d’épaisseur – soit mille fois furthermore high-quality qu’un cheveu humain – absorbe une quantité de lumière solaire comparable aux cellules solaires disponibles dans le commerce. Leur extrême finesse est ce qui leur vaut le label “2D” – ils sont considérés comme “plats” auto ils ne font que quelques atomes d’épaisseur.
“Une puissance spécifique élevée est en fait l’un des moreover grands objectifs de toute technologie de récupération de lumière ou d’énergie basée dans l’espace”, déclare Jariwala. “Ce n’est pas seulement essential pour les satellites ou les stations spatiales, mais aussi si vous voulez une véritable énergie solaire à l’échelle des companies publics dans l’espace.”
“Le nombre de cellules solaires que vous auriez à expédier est si vital qu’aucun véhicule spatial ne peut actuellement transporter ce sort de matériaux là-bas d’une manière économiquement practical. Donc, vraiment la option est que vous doublez sur des cellules moreover légères, ce qui vous donner un pouvoir beaucoup additionally spécifique.”
Le plein potentiel des cellules solaires 2D TMDC n’a pas encore été entièrement réalisé, alors Jariwala et son équipe ont cherché à augmenter encore in addition l’efficacité des cellules. En règle générale, les performances de ce kind de cellule solaire sont optimisées grâce à la fabrication d’une série de dispositifs de take a look at, mais l’équipe de Jariwala pense qu’il est critical de le faire en la modélisant par ordinateur.
De furthermore, l’équipe pense que pour vraiment repousser les limites de l’efficacité, il est essentiel de bien prendre en compte l’une des caractéristiques déterminantes et difficiles à modéliser de l’appareil : les excitons.
Les excitons sont produits lorsque la cellule solaire absorbe la lumière du soleil, et leur présence dominante est la raison pour laquelle une cellule solaire 2D TMDC a une absorption solaire aussi élevée. L’électricité est produite par la cellule solaire lorsque les composants chargés positivement et négativement d’un exciton sont acheminés vers des électrodes séparées.
En modélisant les cellules solaires de cette manière, l’équipe a pu concevoir une conception avec une efficacité double par rapport à ce qui a déjà été démontré expérimentalement.
“La partie special de cet appareil est sa structure de super-réseau, ce qui signifie essentiellement qu’il y a des couches alternées de TMDC 2D séparées par une couche d’espacement ou non semi-conductrice”, explique Jariwala. “Espacer les couches vous permet de faire rebondir la lumière de nombreuses fois dans la construction cellulaire, même lorsque la construction cellulaire est extrêmement wonderful.”
“Nous ne nous attendions pas à ce que des cellules aussi minces voient une valeur de 12 %. Étant donné que les efficacités actuelles sont inférieures à 5 %, j’espère que dans les 4 à 5 prochaines années, les gens pourront réellement démontrer des cellules de 10 % et additionally. en efficacité.”
Jariwala dit que la prochaine étape consiste à réfléchir à la manière de réaliser une generation à grande échelle pour la conception proposée. “En ce moment, nous assemblons ces super-réseaux en transférant des matériaux individuels les uns sur les autres, comme des feuilles de papier. C’est comme si vous les détachiez d’un livre, puis les colliez ensemble comme une pile de notes autocollantes, ” dit Jariwala. “Nous avons besoin d’un moyen de faire pousser ces matériaux directement les uns sur les autres.”
