Ce matériau révolutionnaire est-il en train de changer à jamais le futur de l’énergie solaire ? Découvrez comment l’entropie a été exploitée par des chercheurs pour booster cette innovation prometteuse !
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Le développement de l’énergie solaire est en perpétuelle évolution, porté par des avancées technologiques majeures. Parmi celles-ci, l’exploitation de l’entropie par des chercheurs a ouvert la voie à une innovation révolutionnaire. Quel impact cette avancée pourrait-elle avoir sur le futur de l’énergie solaire ?
Un Matériau Prometteur pour l’Énergie Solaire
Le futur de l’énergie solaire pourrait bien être en train de vivre une révolution grâce à un matériau récemment étudié par des chercheurs. Traditionnellement, l’énergie solaire est captée par des panneaux en silicium, mais ces derniers présentent plusieurs inconvénients, notamment leur coût élevé et leur difficulté à être installés sur des surfaces courbes.
Les Organismes Semi-Conducteurs : Une Alternative Durable
Pour pallier les limites du silicium, les chercheurs ont développé des matériaux alternatifs pour la collecte de l’énergie solaire. Parmi eux se trouvent les semi-conducteurs organiques, des matériaux à base de carbone qui sont non seulement abondants sur Terre, mais aussi moins chers et plus respectueux de l’environnement.
Ces matériaux organiques ont le potentiel de réduire le coût de production des panneaux solaires car ils peuvent être enduits sur des surfaces variées par des méthodes en solution, semblables à la peinture d’un mur. En outre, ces matériaux peuvent être réglés pour absorber la lumière à des longueurs d’onde spécifiques, permettant ainsi la création de panneaux solaires transparents ou de différentes couleurs.
Les Semi-Conducteurs Organiques dans les Équipements Électroniques
Bien que les semi-conducteurs organiques soient déjà utilisés dans les écrans de produits électroniques comme les téléphones portables, les télévisions et les casques de réalité virtuelle, leur utilisation dans les panneaux solaires commerciaux reste limitée. L’un de leurs principaux défauts est leur faible efficacité de conversion de la lumière en électricité, environ 12%, comparé aux cellules solaires en silicium monocristallin qui atteignent une efficacité de 25%.
L’Émergence des Accepteurs Non-Fullérènes
Une nouvelle classe de semi-conducteurs organiques, connue sous le nom d’accepteurs non-fullérènes (NFA), a récemment bouleversé ce paradigme. Les cellules solaires organiques fabriquées avec des NFAs peuvent approcher une efficacité de 20%. Cependant, jusqu’à récemment, la communauté scientifique ne comprenait pas encore pourquoi cette nouvelle classe surpassait aussi nettement les autres semi-conducteurs organiques.
Découverte d’un Mécanisme Microscopique Clé
Dans une étude révolutionnaire, une équipe de chercheurs, dirigée par Kushal Rijal et en collaboration avec Cindy Berrie, a découvert un mécanisme microscopique expliquant en partie les performances remarquables des NFAs. À l’aide d’une technique expérimentale baptisée “spectroscopie de photoémission à deux photons résolus dans le temps” ou TR-TPPE, l’équipe a pu suivre l’énergie des électrons excités avec une résolution temporelle infrapicoseconde.
Entropie et Gain Énergétique
Les mesures effectuées ont révélé que certains des électrons excités optiquement dans les NFAs peuvent gagner de l’énergie de leur environnement au lieu de la perdre, un phénomène contre-intuitif. Ce processus se produit grâce au comportement quantique des électrons, permettant à un électron excité d’apparaître simultanément sur plusieurs molécules. Cela s’aligne avec la Deuxième loi de la thermodynamique, selon laquelle chaque processus physique augmente l’entropie totale.
Impact sur l’Efficacité des Cellules Solaires
Cette découverte d’un processus de séparation des charges guidé par l’entropie permet aux cellules solaires organiques fabriquées avec des NFAs d’atteindre une bien meilleure efficacité. Les chercheurs espèrent que cette compréhension permettra de concevoir de nouvelles nanostructures pour exploiter l’entropie et orienter le flux de chaleur ou d’énergie à l’échelle nanométrique.
En outre, ce mécanisme pourrait aider à développer des photocatalyseurs plus efficaces pour la production de carburants solaires, un processus photochimique utilisant la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone en carburants organiques.
Source: techxplore.com
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