cellule solaire à pérovskite

Une fine coupe d'eucalyptus repose sous l'objectif du microscope, et la lumière blanche, après avoir traversé deux filtres polarisants, transforme le bois en une mosaïque de taches pourpres, jaunes et bleues.

La lumière frappe une cellule solaire — et à l'intérieur naissent des charges qui ont chaud. Comme un coureur après un sprint, elles transportent un excès d'énergie. Pour délivrer du courant dans le circuit extérieur, elles doivent refroidir et gagner les bords du cristal. Si le refroidissement traîne, une partie de l'énergie se perd en pure perte.

Dans un film mince de pérovskite — un matériau pour panneaux solaires bon marché — la lumière crée des paires de charges : un électron et un « trou ». Ils doivent atteindre les électrodes et produire un courant, mais beaucoup disparaissent en chemin. Où exactement ? C'est la question dont dépend l'efficacité de la batterie.

Dans une pièce ordinaire, la lumière disparaît instantanément dès qu'on éteint la lampe. Dans une minuscule cavité en nitrure de silicium, un photon peut rebondir entre les parois 80 000 fois avant de se perdre. C'est comme si une balle lancée dans une pièce rebondissait sur les murs presque sans perdre de vitesse.

La matière noire n'émet pas de lumière et ne la réfléchit pas, mais sa présence se trahit par des effets gravitationnels. Pour attraper ne serait-ce qu'une particule, les physiciens construisent des détecteurs semblables à des pièces très silencieuses : à l'intérieur reposent des cristaux qui scintillent lorsqu'une particule les frappe.

Une batterie solaire à pérovskite, c'est comme une jeune athlète : au début, elle donne d'excellents résultats, mais avec l'âge, elle se fatigue. En huit heures, ses performances chutent nettement, et aucune cause visible comme des fissures ou de la poussière n'apparaît. Des scientifiques ont pris une batterie et ont relevé ses mesures à la 0e, 90e, 280e et 480e minute de sa vie.

Dans une casserole d'eau flottent des billes microscopiques — des particules colloïdales. Chaque bille est recouverte de longs filaments polymères, semblables à une brosse, et porte une charge électrique. Si l'on choisit correctement la température et la composition de la solution, les billes commencent d'elles-mêmes à s'organiser en motifs ordonnés — des cristaux.

Dans chaque batterie ou supercondensateur, il y a un acteur discret : la colle polymère. Elle lie les particules du matériau actif et aide à les maintenir sur le collecteur de courant. Autrefois, on la considérait comme une masse inerte : elle est là, tant qu'elle ne gêne pas. Mais dans cette étude, la colle passe au premier plan.

La durée de vie de la paire de triplets intriquée dans la protéine est d'environ 60 picosecondes, soit huit fois plus longue que dans une solution. La lumière du soleil est comme un flux continu de balles frappant un mur.

Cent quarante parsecs – la distance que la lumière parcourt en quatre siècles et demi – nous séparent du nuage moléculaire du Taureau. Dans ses profondeurs se cachent des condensations sombres : les cœurs préstellaires, où le gaz et la poussière cosmique se compriment lentement sous leur propre poids.

Par grand froid — moins 268 degrés — une couche cristalline de pérovskite commence à transmettre la lumière différemment selon sa polarisation. Le faisceau semble se dédoubler : une partie va un peu plus vite, l'autre un peu plus lentement.

Le Soleil est une immense chaudière où la lumière se fraye un chemin à travers une épaisse couche de matière incandescente. Sur le chemin vers la surface, les photons (particules de lumière) heurtent sans cesse les atomes et perdent de l'énergie.

Les pérovskites hybrides sont les étoiles montantes de la photovoltaïque : leur efficacité progresse si vite qu'on croirait être au seuil d'une révolution solaire. Mais ces matériaux, véritables mosaïques d'atomes, sont extrêmement fragiles : l'humidité, la chaleur et la lumière les réduisent rapidement en poussière.

Les ingénieurs fabriquent un alliage pour les concentrateurs solaires en y ajoutant des particules dures — comme des raisins secs dans une pâte, pour qu'elle garde sa forme sous une chaleur extrême. Des raisins trop gros, et le matériau fissure. Avant, les scientifiques les comptaient manuellement sur des images de microscope.

Les réseaux de neurones génératifs qui créent des images s'appuient généralement sur le hasard numérique. Mais une équipe de chercheurs a construit un système où le hasard naît non pas dans le code, mais dans une minuscule cavité optique contenant un colorant organique.

Les cristaux de pérovskite captent la lumière du soleil presque comme le silicium, mais ils coûtent trois fois rien. Leur problème, c'est une fragilité innée : la chaleur et l'eau ordinaire de l'air les rendent « malades ».

Deux feuilles blanches sont posées au soleil – l'une rugueuse, l'autre lisse. Laquelle chauffera le moins ? La rugueuse diffuse davantage la lumière, et on pourrait penser qu'elle restera plus fraîche. Mais si le revêtement est composé de nombreuses billes de verre transparentes, la logique change.

Un laser classique ressemble à un orchestre dont les musiciens doivent s'échauffer avant de jouer à l'unisson. Il faut d'abord pomper assez d'énergie dans les atomes pour qu'ils se « retournent » et soient prêts à émettre de la lumière – c'est ce qu'on appelle l'inversion de population. Ce n'est qu'alors que le faisceau jaillit.

Dans un nuage froid de gaz et de poussière, que les astronomes appellent TMC-1, on a récemment découvert deux substances soufrées : l'une sent l'amande amère, l'autre les œufs pourris. Mais dans un tel nuage, il y a moins de soufre qu'il ne devrait y en avoir. Où passe-t-il ? Il semble se cacher dans de minuscules poches de glace à la surface des grains de poussière.

Un faisceau laser aussi ténu qu'un murmure de lumière a fait passer un noyau de thorium-229 dans un état d'énergie supérieur. La plupart des noyaux exigent une décharge d'énergie, mais le thorium-229 possède un intervalle d'énergie si minuscule que même cette caresse douce fonctionne.

Un panneau solaire capte généralement la lumière par une seule face, avec un support métallique plein à l'arrière. Ici, la face arrière est faite d'un matériau conducteur transparent — de l'oxyde d'indium et d'étain. La lumière non absorbée par le panneau traverse celui-ci.

Le cristal de titanate de baryum ressemble à une foule où chaque personne tient une flèche indicateur. À l'état normal, les flèches pointent dans des directions différentes, mais si l'on applique un champ électrique, elles se tournent toutes d'un coup dans la même direction.

Un panneau solaire ressemble à un gâteau en couches : une base en silicium, et par-dessus, de fines pistes métalliques par lesquelles l'électricité s'écoule vers les fils. Pendant longtemps, ces pistes étaient en argent – il conduit parfaitement le courant et n'endommage pas le silicium. Mais l'argent est cher, alors les ingénieurs cherchent des alternatives.

Une batterie solaire, c'est comme un cœur : si on la force à battre à un rythme anormal, elle se fatigue vite. En général, on teste les cellules en appliquant une tension inverse, mais dans la vie réelle, l'ombre d'une feuille ou d'un oiseau oblige les cellules voisines à laisser passer un courant qui n'est pas le leur.

Tester des molécules pour les panneaux solaires, c'est un peu comme goûter une nouvelle sauce dans un restaurant où le chef change toutes les cinq minutes. Les perturbations (humidité, propreté du substrat, méthode de dépôt) masquent l'effet réel.

Un four incandescent dans un atelier ou l'échappement brûlant d'une turbine, ce n'est pas seulement de la chaleur, c'est aussi une lumière invisible à l'œil humain. Les panneaux solaires classiques captent la lumière visible, mais ici il faut un récepteur pour le rayonnement thermique invisible.

L'oxyde d'argent et de niobium AgNbO₃ est un mille-feuille d'atomes d'argent, de niobium et d'oxygène. À température ambiante, il se comporte comme un diélectrique ordinaire, mais si on le refroidit, les atomes commencent à se déplacer et le cristal acquiert une polarisation électrique — comme l'aiguille d'une boussole, sauf qu'au…

La chimiothérapie classique frappe tout le corps comme un bombardement en tapis : les cellules cancéreuses et les cellules saines en souffrent. Les scientifiques cherchent une arme plus précise — des molécules qui s'illuminent lorsqu'elles s'insèrent dans l'ADN d'une cellule cancéreuse, révélant ainsi sa localisation.

La lumière émise par les minuscules cristaux de pérovskite évoque une chorale où les voix se font entendre tantôt en solo, tantôt en duo harmonieux. Jusqu'ici, ce duo ne pouvait être capté qu'à très basse température, presque au froid cosmique. Désormais, la chorale chante à température ambiante.

Au fond des cratères lunaires où le Soleil ne regarde jamais, règne un froid éternel — environ moins 240 degrés Celsius. Dans ces poches de glace, appelées régions en permanence à l'ombre, on envisage d'installer un résonateur à miroirs en silicium monolithique.

Le faisceau d'une lampe de poche dans le brouillard s'étale déjà après quelques mètres. Les particules de lumière se dispersent dans toutes les directions, comme une foule sur une place. Mais parfois, elles peuvent marcher en formation, sans se disperser ni se mélanger. C'est une telle marche qui a été obtenue dans un minuscule cristal de pérovskite. Le cristal a été placé entre deux miroirs.

Le soleil tape fort, mais le plâtre sur le bras reste frais. Le secret ? Un mince revêtement à base d'os animaux recyclés. Les surfaces rafraîchissantes classiques sont souvent rigides et fragiles : impossible de les coller sur un bandage incurvé. Ici, on a pris un plâtre en fibre de verre commercial, qui durcit rapidement, et on y a ajouté deux couches de polymères.

Les articles scientifiques paraissent plus vite que les humains ne peuvent les lire et les systématiser. Dans le domaine des cellules solaires à pérovskite, la principale base de données s'est figée en 2021, alors que les recherches battent leur plein. Désormais, PERLA vient à la rescousse : une base vivante et autonome qui suit elle-même le flux des publications.

Un cube de tantalate de potassium se comporte comme un diélectrique ordinaire : il ne stocke pas le champ électrique. Mais si l'on fait croître ce matériau en fine pellicule sur un substrat d'un autre cristal, tout change.

Un panneau solaire ressemble à un gâteau en couches : de minces films de différents matériaux sont empilés les uns sur les autres, et la lumière, en pénétrant à l'intérieur, en arrache un courant électrique. L'un des matériaux prometteurs pour ces films est un composé de césium, de plomb et d'iode.

Les cristaux de pérovskite sont des blocs de construction dans lesquels les atomes de métal et d'halogènes s'assemblent en un réseau ordonné. Remplacez un halogène par un autre, et le cristal se met à émettre une lumière d'une couleur différente.

Jetez des cailloux le long d'une rangée serrée de poteaux : ils ricochent en un jet dense. Jetez-les en biais, et ils se dispersent. Les rayons gamma dans un cristal font de même : ils engendrent des cascades de particules qui s'étalent à moins que les rangées atomiques du cristal ne soient parfaitement alignées. Alignez-les à un cheveu près, et la cascade se resserre en un faisceau étroit.