Technologie solaire : un système innovant de captage de la lumière très efficace
Quatre colorants dans un arrangement ingénieux
Les chercheurs de Würzburg de l'initiative bavaroise Solar Technologies Go Hybrid font état de progrès sur la voie d'une utilisation plus efficace de l'énergie solaire : ils ont mis au point un système innovant de collecte de la lumière.
Formules structurelles des quatre colorants mérocyanines (à gauche) qui forment le nouveau système de récolte de la lumière URPB lorsqu'ils sont empilés (à droite).
Alexander Schulz / Universität Würzburg
Pour convertir le plus efficacement possible la lumière du soleil en électricité ou en d'autres formes d'énergie, il faut tout d'abord disposer d'un système efficace de captage de la lumière. Idéalement, ce système devrait être panchromatique, c'est-à-dire qu'il devrait absorber l'ensemble du spectre de la lumière visible.
Les antennes de collecte de la lumière des plantes et des bactéries constituent un modèle à cet égard. Elles captent un large spectre de lumière pour la photosynthèse, mais leur structure est très complexe et nécessite de nombreux colorants différents pour transmettre l'énergie de la lumière absorbée et la concentrer sur un point central.
Les systèmes de capture de la lumière développés par l'homme à ce jour présentent également des inconvénients : Bien que les semi-conducteurs inorganiques tels que le silicium soient panchromatiques, ils n'absorbent que faiblement la lumière. Pour absorber suffisamment d'énergie lumineuse, il faut donc des couches de silicium très épaisses, de l'ordre du micromètre, ce qui rend les cellules solaires relativement encombrantes et lourdes.
Les colorants organiques qui conviennent aux cellules solaires sont beaucoup plus fins : l'épaisseur de leur couche n'est que d'environ 100 nanomètres. Cependant, ils sont à peine capables d'absorber une large gamme spectrale et ne sont donc pas particulièrement efficaces.
Une fine couche absorbe beaucoup d'énergie lumineuse
Des chercheurs de l'université Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg, en Bavière (Allemagne), viennent de présenter, dans la revue Chem, un système innovant de collecte de la lumière qui diffère considérablement des systèmes précédents.
"Notre système a une structure de bande similaire à celle des semi-conducteurs inorganiques. Cela signifie qu'il absorbe la lumière de manière panchromatique dans toute la gamme visible. Et il utilise les coefficients d'absorption élevés des colorants organiques. Il peut donc absorber une grande quantité d'énergie lumineuse dans une couche relativement fine, comme les systèmes naturels de collecte de la lumière", explique Frank Würthner, professeur de chimie à l'université JMU. Son équipe de l'Institut de chimie organique / Centre de chimie des nanosystèmes a conçu le système de collecte de la lumière à l'université JMU et l'a étudié en collaboration avec le groupe du professeur Tobias Brixner de l'Institut de chimie physique et théorique.
Quatre colorants dans un arrangement ingénieux
En termes simples, l'antenne innovante de Würzburg qui capte la lumière se compose de quatre colorants mérocyanines différents qui sont pliés et donc empilés étroitement les uns sur les autres. La disposition élaborée des molécules permet un transport d'énergie ultra-rapide et efficace à l'intérieur de l'antenne.
Les chercheurs ont baptisé le prototype du nouveau système de collecte de la lumière URPB. Les lettres représentent les longueurs d'onde de la lumière qui sont absorbées par les quatre composants colorants de l'antenne : U pour ultraviolet, R pour rouge, P pour violet, B pour bleu.
Des performances prouvées par fluorescence
Les chercheurs ont démontré que leur nouveau système de collecte de la lumière fonctionne si bien en mesurant ce que l'on appelle le rendement quantique de la fluorescence. Il s'agit de mesurer la quantité d'énergie émise par le système sous forme de fluorescence. Cela permet de tirer des conclusions sur la quantité d'énergie lumineuse qu'il a collectée auparavant.
Résultat : le système convertit en fluorescence 38 % de l'énergie lumineuse irradiée sur une large gamme spectrale - les quatre colorants pris isolément parviennent, quant à eux, à un rendement compris entre moins de 1 % et 3 % au maximum. La bonne combinaison et la disposition spatiale habile des molécules de colorant dans la pile font donc une grande différence.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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