Si vous jetez un coup d’œil au plus près d’une feuille d’un arbre, vous remarquerez les veines qui la traversent. La structure de ces veines prennent est ce qu’on appelle un réseau hiérarchique quasi-fractale. Les fractales sont des formes géométriques dans lesquelles chaque partie a la même caractère statistique que l’ensemble. La science fractale est utilisée pour modéliser tout, depuis des flocons de neige jusqu’aux nervures des feuilles en passant par la croissance des cristaux.
Maintenant, une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Helmholtz-Zentrum Berlin a imité la structure quasi-fractale de feuilles et l’a utilisée pour créer un réseau de nanofils pour les cellules solaires et les écrans tactiles.
L’Indium oxyde d’étain (ITO) a été le matériel privilégier pour les conducteurs transparents dans les écrans et les cellules solaires. Alors que les coûts associés à l’ITO ont été l’un des principaux obstacles, il a été difficile pour les différents nanomatériaux proposés de se voir proposer comme solutions de rechange pour le remplacer. Les nanomatériaux, y compris des nanofils d’argent, les nanotubes de carbone et le graphène-ont non seulement été handicapés par leurs propres coûts relativement élevés, mais leur performance a aussi quelque peu défaut.
Avec cette nouvelle méthode de distribution, les nanofils sont en mesure de dépasser les performances des couches des couches d’ITO traditionnelles. La raison pour cela devient un peu plus claire lorsque vous revenez en arrière et regardez la feuille.
La répartition des veines dans la feuille est déterminée en partie par la quantité d’ombre et de la lumière que la feuille reçoit. Avec l’ITO, le matériau est étalé en un film continu et uniforme. Cependant, la façon dont la lumière du soleil frappe une cellule solaire ou la façon dont un doigt appuie sur un écran tactile ne sont pas uniformes. Cela réduit l’efficacité de la couche ITO.
Dans la recherche décrite dans la revue Nature Communications, l’équipe de recherche internationale a utilisé un réseau hiérarchique quasi-fractale pour optimiser la distribution des nanofils sur une cellule solaire selon trois conditions: fournir une couverture maximale de surface, obtenir une densité de courant uniforme, et avoir une résistance globale minimale.
« Sur la base de nos études, nous avons pu développer une électrode métallique transparente économique, » précise Michael Giersig, professeur au Helmholtz-Zentrum Berlin qui a dirigé la recherche. « Nous obtenons cela intégrant deux réseaux d’argent. Un réseau argent est appliqué avec un large espacement des mailles entre les conducteurs principaux d’un micron de diamètre qui servent de «route» pour les électrons qui transportent le courant électrique sur des distances macroscopiques « .
A côté des réseaux de nanofils de cette grande route pour les électrons, les chercheurs ont ajouté des réseaux de nanofils répartis de façon aléatoire qui servent de conducteurs locaux pour recouvrir la surface entre les grands éléments de maillage.
«Ces petits réseaux agissent comme des routes régionales à côté des autoroutes pour rendent aléatoires les directions et les forces des courants locaux, et aussi créer des effets de réfraction pour améliorer la transparence», selon Michael Giersig.
Les cellules solaires avec le réseau de veines de feuilles avaient un rendement de 5,91 % pendant les expériences. Ceux qui ont une ITO standard avaient un rendement de 5,37 %.
https://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14522&sprache=en&typoid=1
http://www.nature.com/ncomms/2016/160926/ncomms12825/full/ncomms12825.html#affil-auth
