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Un matériau innovant pour des cellules solaires très bon marché

ActualitéClassé sous :technologie , développement durable , California Institute of Technology

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Les cellules solaires ont de nombreux défauts qui gênent leur développement industriel. Ou trop rigides, ou pas assez performantes, ou trop coûteuses : difficile de trouver des cellules pour panneaux photovoltaïques qui satisfassent les contraintes économiques d'un développement à grande échelle. Un institut américain a peut-être créé le mouton à cinq pattes de l'énergie solaire sous la forme d'un matériau très économe en silicium.

Cet entrelacs de microfilaments de silicium noyés dans un polymère flexible laisse s’échapper très peu de la lumière absorbée. © M. Kelzenberg

« On demande trois choses à une cellule solaire : absorber la lumière, collecter les électrons et produire de l'électricité » explique Harry Atwater, spécialiste en science des matériaux et physique appliquée du California Institute of Technology (Caltech). Avec le nouveau matériau flexible mis au point par Caltech, les cellules sont capables d'absorber 85% de la lumière solaire qui les frappent. 95% des photons ainsi capturés délogent des électrons qui génèrent un courant éclectique.

Bien que le Caltech n'ait pas encore publié les détails du rendement d'une cellule équipée de ce nouveau matériau, les simulations informatiques annoncent une performance similaire aux cellules actuelles à base de silicium : 15 à 20% d'énergie solaire convertie.

La force de ce matériau n'est pas dans sa flexibilité ni dans son rendement, mais dans la quantité de matière utilisée et dans son coût. Seul 1% des matières premières nécessaires aux cellules conventionnelles est nécessaire. En outre, la majeure partie de cette matière première est constituée de polymère bon marché.

Ce nouveau matériau est constitué de microfilaments de silicium et de nanoparticules réfléchissantes noyés dans un polymère transparent. Ce polymère représente 90% du matériau.

La lumière est piégée !

L'utilisation de filaments de silicium n'est pas une idée nouvelle, mais l'adjonction de nanoparticules réfléchissantes qui augmentent les chances qu'un photon déloge un électron en est une. De la sorte, Caltech a atteint un nouveau niveau de performance.

Cliquer pour agrandir. Ce diagramme montre la structure du nouveau matériau créé par Caltech. Les nanoparticules qui réfléchissent la lumière absorbée en font un véritable piège à lumière. © M. Kelzenberg

Ce matériau est synthétisé en faisant pousser à partir d'un gaz une forêt de microfilaments sur une matrice réutilisable. Les caractéristiques de cette matrice déterminent la densité et le diamètre de ces microfilaments.

L'ensemble forme un piège à lumière qui utilise peu de ce coûteux silicium. Si le processus de synthèse est nouveau, il peut utiliser une combinaison de techniques déjà bien établies et donc être adapté à une production industrielle conventionnelle. L'économie de matières premières de cet ensemble a en outre un second avantage, celui d'accélérer le processus de production.

Ce nouveau matériau est donc prometteur pour l'industrialisation de panneaux solaires à bas coûts. Pour s'en convaincre, il faudra pourtant attendre que l'institut passe à la production à une plus grande échelle que le centimètre carré et publie des performances chiffrées.

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