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Des cellules photo-électriques transparentes

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A base de nitrure de bore, ces capteurs solaires mis au point au Japon et encore expérimentaux ont un rendement bien faible... mais ils laissent passer la lumière, du moins une partie d'entre elle. Une variété d'applications nouvelles devient envisageable.

Schéma du nitrure de bore dans sa forme tétraédrique (dite cubique). Licence Commons

En réalisant une surface à deux couches, du silicium d'un côté et du nitrure de bore sur l'autre face, les chercheurs japonais du National Institute of Materials Science (NIMS) ont créé une cellule solaire qui a l'étonnante propriété d'être transparente. Leur premier prototype vient d'être présenté lors d'une récente conférence sur la physique appliquée (69th Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics).

Le nitrure de bore (BN) est une céramique extrêmement dure, juste un peu moins que le diamant, et qui est transparente à la lumière visible. Pour déposer cette matière sur une surface, on utilise un plasma ou bien la chaleur d'un laser. Les chercheurs japonais ont fait appel à une méthode originale, baptisée CVD, mêlant ces deux techniques, pour fabriquer une couche de nitrure très dense. Les liaisons chimiques qui maintiennent les molécules sont spatialement disposées comme celles du diamant, formant des structures en tétraèdres (de type sp3). Cette méthode originale leur a permis de doper cette couche avec des impuretés de type P, c'est-à-dire chargées positivement, tandis que la couche jointive de silicium était, elle, dopée négativement.

Bientôt dans nos voitures ?

Le résultat est ce que l'on appelle en électronique une jonction P-N, comme celle d'une diode mais étendue à toute la surface. Similaire à une cellule photovoltaïque, cette structure absorbe la lumière et la convertit en partie en courant électrique. La méthode CVD présente l'avantage de permettre une réalisation en une seule étape. De plus, elle produit une couche de nitrure de bore qui n'est pas plane mais organisée en minuscules cônes. Cette disposition, expliquent les chercheurs, améliore l'absorption de la lumière.

Le rendement final reste cependant bien faible : il n'est que de 2%, alors que les meilleures cellules photovoltaïques atteignent 18%. Mais on ne peut pas attendre une valeur record pour un matériau qui, justement, se laisse traverser par une grande partie de la lumière...

Il paraît cependant suffisant aux auteurs pour proposer des applications et même d'envisager une commercialisation. Selon eux, des capteurs faits de nitrure de bore et de silicium, comme le prototype, pourraient être utilisés dans des applications particulières, où l'on recherche une dureté ou une résistance à la corrosion élevées, comme dans le domaine spatial. Mais l'idée est ensuite de remplacer la couche de silicium par du nitrure de bore dopé négativement, ce qui améliorerait la transparence en lumière visible. Ce matériau pourrait alors être appliqué sur des surfaces vitrées en tout genre, par exemple des pare-brise de voitures.

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