Les physiciens ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue scientifique Nature Communications.
Les panneaux solaires photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en énergie électrique. Ils absorbent la lumière incidente, ce qui excite des électrons qui sont dirigés dans une direction précise pour générer un courant électrique capable de commander des moteurs ou d'alimenter une ampoule. Ce phénomène repose sur l'interaction de plusieurs couches de semi-conducteurs et de métaux au sein du panneau solaire. Les cellules sont fabriquées selon un procédé complexe où divers éléments chimiques sont déposés sur un substrat de verre, généralement par évaporation. Ainsi, une cellule solaire se forme couche par couche.
Par le passé, des scientifiques ont découvert fortuitement que l'efficacité d'un certain type de cellule solaire s'améliorait considérablement grâce à l'ajout de sodium à la couche absorbant la lumière. Cependant, ils ont également observé que le sodium affectait la croissance de cette couche et l'interaction des autres éléments chimiques, notamment en inhibant le mélange du gallium et de l'indium. Il en résultait des couches moins homogènes et, par conséquent, une baisse des performances. C'est pourquoi, jusqu'à présent, scientifiques et fabricants pensaient que la méthode idéale pour produire une cellule solaire consistait à n'ajouter le sodium qu'une fois le processus de croissance terminé.
Des chercheurs de l'Unité de recherche en physique et science des matériaux de l'Université du Luxembourg, en collaboration avec quatre partenaires internationaux, ont utilisé une approche différente pour démontrer que la réalité est plus nuancée. Alors que, de manière conventionnelle, la couche absorbant la lumière est composée de milliers de grains individuels, l'équipe de recherche a opté pour une stratégie de fabrication plus exigeante et a fait croître la couche à partir d'un seul grain. « Dans ce travail, nous avons démontré que, si l'absorbeur est constitué d'un seul grain, l'ajout d'une petite quantité de sodium contribue à homogénéiser la distribution des éléments », explique Diego Colombara, chercheur Marie Curie au Laboratoire international ibérique de nanotechnologie et responsable de l'étude. « Ce résultat est très surprenant, car depuis plus de 20 ans, les recherches précédentes ont systématiquement mis en évidence l'effet inverse dans les absorbeurs composés de nombreux grains. ».
Les chercheurs ont conclu que le sodium a un double effet : il homogénéise les éléments au sein de chaque grain, mais ralentit l’homogénéisation lors de l’interaction entre les grains. « Cela nous offre la possibilité de repenser la production des cellules solaires. À l’avenir, ces découvertes pourraient permettre d’améliorer le processus de fabrication », a conclu le Dr Phillip Dale, responsable du groupe de recherche au Laboratoire des Matériaux Énergétiques (LEM) de l’Université du Luxembourg et membre du Fonds National de la Recherche (FNR) du Luxembourg.

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