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Sciences physiques et nanotechnologies
Des cellules solaires à l'intérieur de fibres optiques

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61131.htm

Des chercheurs du Georgia Tech Institute of Technology ont développé un nouveau type de cellules photovoltaïques à l'intérieur même de fibres optiques à l'aide de nanostructures d'oxyde de zinc tri dimensionnelles, produites au sein des fibres et couvertes de matériaux à pigments photosensibles. L'approche pourrait permettre aux systèmes photovoltaïques de ne plus être cantonnés à des panneaux solaires sur le toit des maisons, en bref d'être "invisibles".

Avec cette technologie, les générateurs photovoltaïques sont pliables, camouflables et mobiles, d'après Zhong Lin Wang, professeur de Sciences des Matériaux au Georgia Tech et directeur de la recherche. Les fibres optiques pourraient conduire la lumière du soleil dans les murs des bâtiments où les nanostructures la convertissent en électricité.

Le principe adopté pour créer ces nanostructures à pigments photosensibles (ou cellules de graetzel, en anglais dye-sensitized solar cell), consiste en un système photochimique capable de générer de l'électricité. Elles sont moins chères à fabriquer que les cellules classiques à base de silicium monocristallin et même polycristallin, flexibles et robustes, mais leur efficacité de conversion de la lumière en énergie électrique est moindre. Cela n'inquiète pas l'équipe de chercheurs qui avancent que la surface active de conversion peut être très importante et donc que le système pourrait être tout à fait viable. Cette technologie permettrait aussi aux architectes et designers d'inclure les cellules dans les murs des bâtiments, véhicules et même équipements militaires.

Les fibres optiques utilisées sont celles-là mêmes qu'utilise l'industrie des télécommunications pour le transport de données. Elles sont constituées d'un coeur où se propage la lumière par successions de "rebonds" sur les bords, entouré d'une gaine et d'une protection. Les chercheurs retirent la gaine et couvrent le coeur d'une couche conductrice d'oxyde de zinc à partir de laquelle ils font pousser des nanofils d'oxyde de zinc en brosse, un peu comme une brosse pour tuyaux. Les nanofils sont ensuite recouverts avec des pigments photosensibles pour convertir la lumière en électricité.

La lumière qui entre dans les fibres optiques passe à travers les nanofils, où ils interagissent avec les pigments photosensibles pour produire le courant électrique. Un électrolyte liquide entre les nanofils collecte les charges électriques. Le résultat est un hybride nanofil/fibre optique qui est d'autant plus efficace que la fibre est longue : en effet, plus la fibre est longue, plus les chances que les photons entrent en contact avec les pigments photosensibles pour libérer un électron est importante.

Le problème auquel l'équipe fait face est de faire entrer suffisamment de lumière à l'intérieur de la fibre, et l'équipe se penche sur l'utilisation de lentilles concentrant la lumière sur les extrémités des fibres. Wang et ses collègues ont pour le moment atteint une efficacité de 3.3% avec leur prototype et espèrent atteindre les 7 ou 8% en utilisant d'autres matériaux pour les fibres, comme le quartz, même si le but est de réduire les coûts et donc d'utiliser des fibres en polymères. Même si ces résultats sont inférieurs aux cellules solaires à base de silicium, ces cellules sont toujours bien moins chères à fabriquer et constituent une solution pour de multiples applications sur les véhicules ou les équipements militaires, complémentaires des applications actuelles des panneaux solaires.

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Cellules à pigments photosensibles : http://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_Gr%C3%A4tzel

Code brève
ADIT : 61131

- "3-D system based on optical fiber could provide new options for photovoltaics", 2 novembre 2009 - http://www.physorg.com/news176389079.html
- "Wrapping Solar Cells around an Optical Fiber", 30 Octobre 2009 - http://www.technologyreview.com/energy/23829/page1/
- Publication dans Angewandte Chemie (en anglais) "Optical Fiber/Nanowire Hybrid Structures for Efficient Three-Dimensional Dye-Sensitized Solar Cells", 22 Octobre 2009 - http://www3.interscience.wiley.com/journal/122659616/abstract

Alban de Lassus ; deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org

BE Etats-Unis numéro 183 (6/11/2009) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61131.htm