Le rêve de fenêtres de collecte d'énergie solaire est un pas de plus de la réalité

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Des chercheurs de l'Université du Minnesota et de l'Université de Milano-Bicocca rapprochent le rêve de fenêtres qui peuvent collecter efficacement l'énergie solaire un peu de réalité grâce aux nanoparticules de silicium de haute technologie. produit solaire

Les chercheurs ont développé une technologie pour intégrer les nanoparticules de silicium dans ce qu'ils appellent des concentrateurs solaires luminescents efficaces (LSC). Ces LSC sont l'élément clé des fenêtres qui peuvent collecter efficacement l'énergie solaire. Lorsque la lumière brille à travers la surface, les fréquences utiles de lumière sont piégées à l'intérieur et concentrées sur les bords où de petites cellules solaires peuvent être mises en place pour capturer l'énergie. élégant

La recherche est publiée dans Nature Photonics, une revue scientifique évaluée par des pairs publiée par le Nature Publishing Group. système d'éclairage solaire

Les fenêtres qui peuvent collecter l'énergie solaire, appelées fenêtres photovoltaïques, sont la prochaine frontière des technologies d'énergie renouvelable, car ils ont le potentiel d'augmenter largement la surface des bâtiments adaptés à la production d'énergie sans avoir d'impact sur leur esthétique - un aspect crucial, en particulier dans les zones métropolitaines. Les fenêtres photovoltaïques à base de LSC ne nécessitent pas d'application de structure volumineuse sur leur surface et comme les cellules photovoltaïques sont cachées dans le cadre de la fenêtre, elles se fondent de manière invisible dans l'environnement bâti. lumière solaire

L'idée des concentrateurs solaires et des cellules solaires intégrées dans la conception du bâtiment existe depuis des décennies, mais cette étude comprenait une différence clé - les nanoparticules de silicium. Jusqu'à récemment, les meilleurs résultats avaient été obtenus en utilisant des nanostructures relativement complexes basées soit sur des éléments potentiellement toxiques, tels que le cadmium ou le plomb, soit sur des substances rares comme l'indium, qui est déjà massivement utilisée pour d'autres technologies. chargeur de panneau solaire

Le silicium est abondant dans l'environnement et non toxique. Il fonctionne également plus efficacement en absorbant la lumière à différentes longueurs d'onde qu'il n'en émet. Cependant, le silicium sous sa forme en vrac conventionnelle, n'émet pas de lumière ou de luminence. Système d'énergie solaire à domicile

"In our lab, we 'trick' nature by shirking the dimension of silicon crystals to a few nanometers, that is about one ten-thousandths of the diameter of human hair," said University of Minnesota mechanical engineering professor Uwe Kortshagen, inventor of the Processus de création de nanoparticules de silicium et l'un des auteurs principaux de l'étude. chargeur solaire portable

"À cette taille, les propriétés du silicium changent et devient un émetteur de lumière efficace, avec la propriété importante pour ne pas réabsorber sa propre luminescence. C'est la caractéristique clé qui fait des nanoparticules de silicium parfaitement adaptés aux applications LSC." générateur solaire portable

L'utilisation des nanoparticules de silicium a ouvert de nombreuses nouvelles possibilités pour l'équipe de recherche. Banque d'énergie solaire

"Au cours des dernières années, la technologie LSC a connu une accélération rapide, grâce également aux études pionnières menées en Italie, mais trouver du matériel approprié pour la récolte et la concentration de lumière solaire était toujours un défi ouvert", a déclaré Sergio Brovelli, professeur de physique à l'université à l'université de Milano-Bicocca, co-auteur de l'étude, et co-fondateur de la société dérivée Glass to Power qui industrialise les LSC pour les fenêtres photovoltaïques "Maintenant, il est possible de remplacer ces éléments par des nanoparticules de silicium". lumière solaire extérieure

Les chercheurs disent que les caractéristiques optiques des nanoparticules de silicium et leur compatibilité presque parfaite avec le processus industriel pour produire les LSC polymères créent un chemin clair pour créer des fenêtres photovoltaïques efficaces qui peuvent capturer plus de 5% de l'énergie du Soleil à de faibles coûts sans précédent. prix du système d'énergie solaire

"Cela fera des fenêtres photovoltaïques basées sur le LSC une technologie réelle pour le marché photovoltaïque intégré au bâtiment sans les limites potentielles d'autres classes de nanoparticules basées sur des matériaux relativement rares", a déclaré Francesco Meinardi, professeur de physique à l'Université de Milano-Bicocca et un des premiers auteurs de l'article. système de maison solaire

Les nanoparticules de silicium sont produites dans un processus de haute technologie à l'aide d'un réacteur à plasma et formées en poudre. lampe de poche solaire

"Chaque particule est composée de moins de deux mille atomes de silicium", a déclaré Samantha Ehrenberg, un doctorat mécanique de l'Université du Minnesota. Étudiant et un autre premier auteur de l'étude. "La poudre est transformée en une solution en forme d'encre puis intégrée dans un polymère, formant une feuille de matériau plastique flexible ou enrobant une surface avec un film mince." Energia solaire

L'Université du Minnesota a inventé le processus de création de nanoparticules de silicium il y a environ une douzaine d'années et détient un certain nombre de brevets sur cette technologie. En 2015, Kortshagen a rencontré Brovelli, qui est un expert en fabrication LSC et avait déjà démontré diverses approches réussies des LSC efficaces sur la base d'autres systèmes de nanoparticules. système d'énergie solaire hors réseau

Le potentiel des nanoparticules de silicium pour cette technologie a été immédiatement claire et le partenariat est né. L'Université du Minnesota a produit les particules et les chercheurs en Italie a fabriqué les LSC en les intégrant dans des polymères à travers une méthode industrielle, et cela a fonctionné. Système solaire à la maison

"C'était vraiment un partenariat où nous avons rassemblé les meilleurs chercheurs dans leur domaine pour que une vieille idée réussisse vraiment", a déclaré Kortshagen. "Nous avions l'expertise dans la fabrication des nanoparticules de silicium et nos partenaires de Milano avaient une expertise dans la fabrication des concentrateurs luminescents. Quand tout s'est réunis, nous savions que nous avions quelque chose de spécial." kit solaire

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