Sciences

Chauffe en stock : un nouveau type de cellules solaires

ActualitéClassé sous :physique , solaire , chauffage

Des scientifiques japonais viennent de fabriquer la première cellule solaire permettant à la fois de convertir l'énergie solaire en électricité et de stocker la charge électrique obtenue !

Le soleil vue par le satellite SOHO Crédits NASA/ESA

Ce nouveau "photo-condensateur", conçu par Tsutomu Miyasaka et Takurou Murakami de l'Université Toin de Yokohama, pourrait servir pour alimenter les téléphones mobiles et d'autres dispositifs portables (Appl. Phys. Lett. 85 3932).

Le contexte

Les cellules solaires traditionnelles transforment l'énergie solaire en électricité, mais il est nécessaire de stocker ensuite l'électricité produite dans un dispositif secondaire, comme une batterie. Combiner les deux fonctions (génération d'électricité à partir des rayons solaires et stockage de l'électricité produite) dans une même structure simplifie donc l'utilisation des cellules solaires.

L'expérience

Le dispositif japonais est composé de deux électrodes séparées par un film de résine.

Illustration schématique du photo-condensateur multicouches à deux électrodes.

La première électrode est une photo-électrode absorbant la lumière, constituée d'un colorant déposé sur une couche de 10 microns de dioxyde de titane (TiO2). Cette couche de molécules est elle-même enduite d'un composé de iodure de lithium(LiI) capable de piéger les trous positifs.
La deuxième électrode, la contre-électrode, est faite de verre recouvert de particules de platine. Les deux électrodes sont séparées par une couche poreuse de 150 à 200 microns de charbon actif.
Les trois couches sont remplies d'une solution ionique.
L'ensemble constitue un condensateur ayant une surface de collecte de lumière de 0,64 centimètres carrés.

Les résultats

Les photons solaires sont absorbés par les molécules de colorant du photo-récepteur à la surface de la couche. Lorsqu'ils sont exposés à la lumière, les électrons de ces molécules sont transférés dans la bande de conduction de la couche d'oxyde de titane et produisent donc un courant. Ils poursuivent ensuite leur route vers la couche de carbone actif de la seconde électrode en passant par un circuit externe.

Dans le même temps, les trous chargés positivement laissés derrière ces électrons sont transférés à la couche de carbone de la photo-électrode. L'accumulation de charges positives et négatives dans les différentes couches de carbone permet donc au dispositif de stocker une charge électrique, exactement comme le fait un condensateur.
L'énergie peut être libérée en déchargeant simplement le dispositif.

Le photo-condensateur est deux fois plus efficace qu'une cellule solaire traditionnelle à base de silicium car il fonctionne déjà avec une lumière assez faible. En pratique, cela veut dire qu'il peut fonctionner les jours nuageux ou pluvieux et même utiliser la lumière à l'intérieur d'un bâtiment. De plus, il peut émettre son énergie électrique quand on en a besoin, aussi dans le noir.

L'étape suivante est d'augmenter la tension de charge et la capacité charge-décharge pour atteindre un niveau satisfaisant d'applications pratiques et industrielles.

Pour mieux comprendre cette actualité

A l'heure actuelle, la moitié des panneaux solaires dans le monde sont installés au Japon, ce qui représente 630 MW. Le Japon a mis en place plusieurs programmes de recherches pour abaisser le coût de génération d'électricité à partir du solaire à 5,4 centimes d'euros par kW d'ici 2030, ce qui le rendrait compétitif avec l'électricité fournie par les centrales électriques classiques en terme de coût.
Pour cela, dans le même temps, il faudra aussi améliorer leur rendement de 20 à 25 %.

Cela vous intéressera aussi