Des structures en forme d’oursins pour doper le photovoltaïque

En général, les procédés permettant de conférer des propriétés nouvelles aux matériaux sont complexes et, par là, souvent difficilement reproductibles. On est ainsi d’autant plus étonné lorsque des chercheurs présentent de nouvelles méthodes qui fournissent d’excellents résultats en partant de matériaux bon marché et sans appareillage coûteux. C’est précisément ce à quoi sont parvenus Jamil Elias et Laetitia Philippe du laboratoire « Matériaux et nanomécanique » de l’Empa,  à Thoune (Suisse).

Ces chercheurs se sont servis de sphérules de polystyrène comme une sorte d’ossature pour réaliser des structures tridimensionnelles de nanofils d’oxyde de zinc sur des surfaces. Ces chercheurs sont convaincus que les surfaces nanostructurées « rugueuses » ainsi obtenues se prêtent à de nombreuses applications en électronique et en optoélectronique, par exemple dans le domaine du photovoltaïque, mais aussi des lasers à courte longueur d’onde, des diodes luminescentes ou encore des écrans à émission de champ.

Le principe de ce procédé est simple : des sphérules de polystyrène d’un diamètre de quelques micromètres seulement sont déposées sur une couche électro-conductrice où elles s’ordonnent pour former des agencements réguliers. Les sphérules de polystyrène ainsi déposées forment l’ossature sur laquelle vont croître les nanofils. Jamil Elias est parvenu, à l’aide d’une méthode électrochimique développée à cette fin, à faire varier la conductibilité électrique et les propriétés électrolytiques des sphérules de polystyrène de manière à ce que l’oxyde de zinc se dépose sur la surface de celles-ci pour y former des nanofils. Une fois que les  « piquants » se sont formés, le polystyrène peut être détruit chimiquement et il ne reste plus que des structures sphériques creuses qui ont l’aspect d’oursins. Agencés de manière compacte sur la surface, ces «oursins»  onfèrent à cette couche une structure tridimensionnelle qui possède une surface spécifique très élevée.

Ces surfaces nanostructurées se prêtent avant tout à des applications photovoltaïques. Leurs créateurs s’attendent à ce qu’elles possèdent d’excellentes propriétés de diffusion de la lumière et qu’elles absorbent nettement mieux le rayonnement solaire et le transforment ainsi plus efficacement en énergie électrique. Dans un projet soutenu par l’Office fédéral de l’énergie, Laetitia Philippe développe maintenant avec son équipe un absorbeur extrêmement mince (Extreme Thin Absorber, ETA) pour des cellules photovoltaïques à base de nanostructures d’oxyde de zinc.