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Des cellules solaires plus efficaces... grâce aux disques Blu-ray

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Étrange découverte : en se servant de disques Blu-ray du commerce, une équipe de chercheurs de l'université nord-américaine d'Evanston a créé des cellules photovoltaïques absorbant 22 % de lumière en plus. Explication : la nanostructure résultant de la gravure d'une vidéo est particulièrement adaptée pour capter les photons sur l'ensemble du spectre solaire.

Les creux et les bosses résultant de l’encodage binaire des disques Blu-ray forment une structure nanométrique proche d'une répartition aléatoire et dont les dimensions sont proches de l'idéal pour absorber un maximum de longueurs d'onde de la lumière. © Northwestern University in Evanston

Des disques Blu-ray du commerce peuvent servir à fabriquer des cellules photovoltaïques plus performantes. L'amélioration ne vient pas des supports optiques eux-mêmes mais de la manière dont ils sont gravés, offrant des qualités insoupçonnées susceptibles d'améliorer le rendement des panneaux solaires. Précédemment, des travaux de recherche avaient déjà démontré que des gravures à l'échelle nanométrique pratiquées à la surface de cellules photovoltaïques permettaient de capter plus de lumière. Mais cette technique implique une mise en œuvre onéreuse pour fabriquer les moules, ce qui ne se prête pas à une production de masse de tels panneaux solaires.

C'est en partant de ce constat qu'une équipe de chercheurs de l'université Northwestern d’Evanston aux États-Unis (Illinois) a eu l'idée de s'intéresser aux disques Blu-ray. Ils ont réalisé plusieurs moulages de la surface de ces galettes pour imprimer le profil de gravure sur des cellules photovoltaïques en polymère. Ces dernières ont alors révélé une capacité d'absorption de la lumière 22 % plus élevée qu'une cellule photovoltaïque lisse. Au final, cette technologie permet d'augmenter le rendement de conversion de 12 %.

À l’avenir, les cellules photovoltaïques des panneaux solaires seront peut-être fabriquées à partir de la technique utilisée pour encoder les disques Blu-ray. © Mr_H, Flickr, cc by nc sa 2.0

Le Blu-ray entregistré a une structure nanométrique idéale

Dans leur article scientifique publié dans la revue Nature Communications, les scientifiques expliquent que l'expérimentation a été menée à partir d'un disque Blu-ray contenant le film Police Story 3: Supercop. Ils ont d'abord délaminé la couche de protection sur la surface de lecture afin de révéler le motif fait de creux et bosses nanométriques correspondant aux « 0 » et aux « 1 » de l'encodage binaire. Puis, à l'aide d'un moule négatif, ils ont copié cette structure afin de la reporter sur une couche de polymère via un dépôt sous évaporation par faisceaux d'électrons.

Cette méthode fonctionne avec n'importe quel Blu-ray, pourvu qu'il soit enregistré et ce, bien sûr, quel que soit le film... L'équipe de l'université d'Evanston a ensuite voulu comprendre pourquoi cette structure fonctionnait mieux que les autres. Les chercheurs se sont penchés sur les algorithmes utilisés pour le transfert des données sur les Blu-ray et ont découvert qu'ils remplissaient deux fonctions. La première est d'assurer un taux de compression le plus élevé possible en convertissant le signal vidéo en une séquence aléatoire de 0 et de 1. La seconde fonction des algorithmes est d'augmenter la marge d'erreur en ajoutant un contrôle de redondance à la séquence de données afin de limiter le nombre de 0 et 1 consécutifs.

Le fait est que ces deux fonctions combinées produisent un ensemble « quasi aléatoire » de creux et de bosses dont la taille est comprise entre 150 et 525 nanomètres. Il s'avère que cette fourchette est particulièrement efficace pour capter les photons dans les parties visibles et proche de l'infrarouge du spectre solaire. Cette découverte ouvre des perspectives intéressantes quant au recyclage des millions de Blu-ray en circulation. Mais la solution la plus efficace serait sans doute d'intégrer directement l'outil industriel de production de ces disques dans la fabrication des cellules photovoltaïques.

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