La nouvelle technologie fait des cellules pliables une réalité pratique

Avec le développement récent des écrans de téléphones portables pliables, la recherche sur l’électronique pliable n’a jamais été aussi intensive. Une application particulièrement utile de la technologie pliable est celle des panneaux solaires.

Les cellules solaires actuelles sont limitées aux panneaux rigides et plats, difficiles à stocker en grand nombre et à intégrer dans les appareils de tous les jours, y compris les téléphones, les fenêtres, les véhicules ou les appareils intérieurs. Mais, un problème empêche cette formidable technologie de percer: pour être intégrées à ces éléments, les cellules solaires doivent être pliables, se plier à volonté à plusieurs reprises sans se casser. Les matériaux conducteurs traditionnels utilisés dans les cellules solaires manquent de flexibilité, ce qui crée un énorme obstacle au développement de cellules entièrement pliables.

Une exigence clé pour un conducteur pliable efficace est la capacité de résister à la pression de flexion dans un très petit rayon tout en conservant son intégrité et d’autres propriétés souhaitables. En bref, un matériau conducteur mince, flexible, transparent et résilient est nécessaire. Le professeur Il Jeon, de l’Université nationale de Pusan, en Corée, explique: << Contrairement à l'électronique simplement flexible, les dispositifs pliables sont soumis à des déformations beaucoup plus sévères, avec des rayons de pliage aussi petits que 0,5 mm. Cela n'est pas possible avec les substrats en verre ultra-minces conventionnels et l'oxyde métallique conducteurs transparents, qui peuvent être rendus flexibles mais jamais entièrement pliables. "

Heureusement, une équipe internationale de chercheurs, dont le professeur Jeon, a trouvé une solution, dans une étude publiée dans Science avancée. Ils ont identifié un candidat prometteur pour répondre à toutes ces exigences: les films de nanotubes de carbone à simple paroi (SWNT), en raison de leur grande transparence et de leur résilience mécanique. Le seul problème est que les SWNT ont du mal à adhérer à la surface du substrat lorsqu’une force est appliquée (comme la flexion) et nécessite un dopage chimique. Pour résoudre ce problème, les scientifiques ont intégré la couche conductrice dans un substrat en polyimide (PI), remplissant les espaces vides dans les nanotubes.

Pour assurer des performances maximales, ils ont également «dopé» le matériau résultant pour augmenter sa conductivité. En introduisant de petites impuretés (dans ce cas, des électrons retirés de l’oxyde de molybdène) dans la couche de nanocomposite SWNT-PI, l’énergie nécessaire pour que les électrons se déplacent à travers la structure est beaucoup plus petite, et donc plus de charge peut être générée pour une quantité de courant donnée .

Le prototype qui en a résulté a largement dépassé les attentes de l’équipe. Seulement 7 micromètres d’épaisseur, le film composite a présenté une résistance exceptionnelle à la flexion, près de 80% de transparence et un rendement de conversion de puissance de 15,2%, le plus jamais atteint dans les cellules solaires utilisant des conducteurs en nanotubes de carbone! En fait, comme l’a souligné le professeur Jeon, « les résultats obtenus sont parmi les meilleurs parmi ceux rapportés jusqu’à présent pour les cellules solaires flexibles, à la fois en termes d’efficacité et de stabilité mécanique. »

Avec cette nouvelle percée dans la technologie de récolte solaire, on ne peut qu’imaginer à quoi ressembleront les panneaux solaires de nouvelle génération.

Fourni par l’Université nationale de Pusan