Pièges à défauts : pourquoi le matériau solaire ne livre pas le courant express
La lumière du soleil tombe sur le cristal, et à l'intérieur naît une paire — un électron rapide et un trou. Dans l'idéal, ils se séparent aussitôt et filent vers les contacts pour produire du courant. Mais dans le matériau étudié par les auteurs, tout se passe autrement. Dès qu'une charge bute sur un vide — un atome manquant dans le réseau —, un nuage de vibrations se resserre autour d'elle. La charge colle à cet endroit, comme une semelle à l'asphalte brûlant, et ne bouge plus.
Le problème ne vient pas du matériau lui-même — un cristal pur laisse passer les charges librement. Les pièges apparaissent lorsque, lors de la synthèse ou du traitement, une partie des atomes se perd. Alors, près de chaque trou dans le réseau, un échauffement local se produit — les scientifiques appellent cela un polaron chaud lié à un défaut. La charge gaspille son énergie à faire vibrer les atomes autour du vide et perd rapidement son énergie, sans jamais atteindre le bord du cristal. Résultat : le courant s'épuise dès l'épaisseur du matériau, et la batterie fonctionne à moitié puissance.
Maintenant que l'on connaît l'ennemi, on peut apprendre à neutraliser ces vides — par exemple, en faisant croître les cristaux plus soigneusement ou en comblant les trous avec des additifs appropriés. Ainsi, ce matériau sûr et bon marché rattrapera enfin les équivalents au plomb en efficacité, et les panneaux solaires deviendront plus abordables.
Un seul défaut pour un million d'atomes peut gâcher la conductivité d'un cristal aussi gravement qu'une fissure sur un pare-brise — la visibilité.
Dans le roman « Solaris » de Stanislas Lem, l'océan de la planète capture et transforme l'énergie — à peu près comme les défauts dans le cristal capturent et dissipent les charges solaires.