Les Rectennas ne sont pas les derniers jouets érotiques à la mode, elles sont bien plus excitantes
Par Lucie
Une nouvelle technique de fabrication développée par une université du Connecticut pourrait fournir aux scientifiques l'avancée technologique qu'ils recherchent pour améliorer considérablement l'efficacité des systèmes de production d'énergie solaire actuels. Pendant des années, les scientifiques ont étudié les avantages potentiels d'une nouvelle branche de la technologie de l'énergie solaire qui repose sur des réseaux d'antennes de taille nanométrique, théoriquement capables de récolter plus de 70 pour cent du rayonnement électromagnétique du soleil et en même temps de le convertir en énergie électrique utilisable. Mais alors que les antennes de taille nanométrique, qui servent aussi de correcteurs, ont montré des résultats prometteurs dans la théorie, les scientifiques n'avaient pas encore la technologie nécessaire pour les construire et les tester.
Fabriquer des antennes de taille nanométriques pose d'immenses problèmes techniques. Les nano antennes, connues sous le nom de «rectennas» en raison de leur capacité à absorber l'énergie solaire et de rectification du courant alternatif en courant continu - doivent être capables de fonctionner à la vitesse de la lumière visible et être construites de telle sorte que leur paire de noyaux d'électrodes ne soit que d'un ou deux nanomètres de distance, soit environ un millionième de millimètre, ou 30.000 fois plus petits que le diamètre d'un cheveu humain.
La percée potentielle réside dans un procédé de fabrication novateur appelé dépôt sélectif de couches atomiques (Atomic Layer Deposition ou ALD) qui a été développé par Brian Willis, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire à l'Université du Connecticut et l'ancien directeur du programme de UConn génie chimique. C'est par dépôt de couches atomiques que les scientifiques croient qu'ils pourront enfin fabriquer un dispositif d'antenne rectificatrices. Dans un tel dispositif, l'une des deux électrodes intérieures doit avoir une pointe aiguë semblable à la pointe d'un triangle. Le secret est de positionner le bout de cette électrode à un ou deux nanomètres de l'électrode opposée, quelque chose de similaire à la tenue de la pointe d'une aiguille par rapport au plan du mur. Avant l'avènement de l'ALD, les techniques existantes de fabrication lithographiques (les techniques d'imprimantes 3D) ont été incapables de créer un si petit espace au sein d'une diode de travail électrique. En utilisant des équipements électroniques sophistiqués tels que des canons à électrons, les scientifiques n'avait pu les approcher que d'environ 10 fois la distance requise. Par dépôt de couche atomique, Willis a montré qu'il est capable de recouvrir la pointe de l'antenne rectificatrice avec des couches d'atome de cuivres jusqu'à un intervalle d'environ 1,5 nanomètres.
La taille de l'espace est essentielle, car elle crée une jonction en tunnel ultra-rapide entre les deux électrodes de l'antenne rectificatrice, ce qui permet un transfert d'électricité maximum.
Plus impressionnant, les «rectennas», grâce leurs diodes et tunnel extrêmement petits et rapides, sont capables de convertir le rayonnement solaire dans la région infrarouge à travers les longueurs d'onde extrêmement rapide et courte de la lumière visible - quelque chose qui n'a jamais été fait auparavant. Les panneaux solaires en silicium, par comparaison, ont une largeur de bande unique qui, grosso modo, permet au panneau de convertir efficacement le rayonnement électromagnétique d'une petite partie du spectre solaire seulement. Les dispositifs de «rectennas», ne reposent pas sur une bande unique et peut être réglés pour récolter la lumière sur l'ensemble du spectre solaire. Willis, une équipe de chercheurs de Penn State Altoona et SciTech Associates Inc Holdings, une société de recherche et de développement privée basée à State Collège, en Pennsylvanie, a récemment reçu une subvention de 650.000 dollars, sur trois ans de la National Science Foundation pour fabriquer des «rectennas», et rechercher des moyens de maximiser leur performance.
«Cette nouvelle technologie pourrait nous faire passer le cap, et faire de l'énergie solaire une énergie compétitive avec les combustibles fossiles», a dit Willis. «Il s'agit d'une toute nouvelle technologie, un tout nouveau train de pensée."
L' équipe de recherche de Penn State Altoona - qui a exploré le côté théorique des «rectennas», pendant plus d'une décennie - est dirigé par le professeur de physique Zimmerman Darin, avec ses collègues Brock Weisel Gary Weiss servant de co-chercheurs. La collaboration comprend également les professeurs émérites de physique de Penn State Paul Cutler et Nicholas Miskovsky, qui sont les principaux membres de Scitech Associés.
«Le dispositif de conversion d'énergie solaire en cours de développement, par cette collaboration de deux universités et un sous-traitant de l'industrie, a le potentiel de révolutionner les technologies vertes de l'énergie solaire en augmentant l'efficacité, réduire les coûts et offrir de nouveaux débouchés économiques», explique Zimmerman. "Jusqu'à l'avènement de l'ALD, il n'a pas été possible de fabriquer des panneaux de «rectennas» de manière pratique et reproductible », explique Zimmerman. «L'ALD est une étape d'une importance vitale qui rend la création de ces dispositifs possibles. Finalement, la fabrication, la caractérisation et la modélisation des réseaux de «rectennas» proposés conduiront à une meilleure compréhension des processus physiques sous-jacents à ces dispositifs, avec la promesse d'augmenter fortement l'efficacité de la technologie de conversion de la puissance solaire."
Le processus de dépôt de couches atomiques est favorisée par la science et l'industrie car il est simple, facilement reproductible et évolutif pour la production de masse. Willis affirme que le processus chimique est particulièrement applicable aux revêtements précis et homogènes pour les nanostructures, nanofils, nanotubes, et pour une utilisation dans la prochaine génération de haute performance des semi-conducteurs et des transistors. La méthode utilisée pour fabriquer les «rectennas» peut également être appliquée à d'autres domaines, notamment le renforcement photovoltaïque actuels (la conversion de l'énergie photo pour l'énergie électrique), thermoélectriques, la détection à infrarouge et d'imagerie, et des capteurs chimiques. Au cours de la prochaine année, Willis et ses collaborateurs en Pennsylvanie ont l'intention de construire des prototypes de «rectennas» et commencer à tester leur efficacité. «Pour capturer les fréquences de la lumière visible, l'antenne correctrice doit être plus petite que tout ce que nous avons jamais fait avant, donc nous repoussons vraiment les limites de ce que nous pouvons faire», dit Willis. "Et les jonctions tunnel doivent fonctionner à la vitesse de la lumière visible, donc nous devons atteindre des vitesses si élevées que la question devient: ces appareils peuvent-ils vraiment fonctionner à ce niveau? Théoriquement, nous savons que c'est possible, mais nous ne le saurons pas avec certitude avant d'avoir construit et testé cet appareil. "
Lucie