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Comment doubler la puissance des panneaux solaires
Pour tenter de réduire encore le coût de l'énergie solaire, Ingénierie de bande interdite , une startup de Woburn, dans le Massachusetts, développe une cellule solaire à base de nanofils qui pourrait éventuellement générer deux fois plus d'énergie que les cellules solaires conventionnelles.
C'est un projet à long terme, mais en attendant, la société est sur le point de commencer à vendre une version plus simple de la technologie, utilisant des nanofils de silicium qui peuvent améliorer les performances et réduire le coût des cellules solaires conventionnelles en silicium. Bandgap affirme que ses nanofils, qui peuvent être construits à l'aide d'outils de fabrication existants, augmentent la puissance de sortie des cellules solaires en augmentant la quantité de lumière que les cellules peuvent absorber.
À l'heure actuelle, la plupart des fabricants de panneaux solaires ne construisent pas de nouvelles usines car le marché pour leurs produits est saturé. Mais si les conditions du marché s'améliorent et que les fabricants commencent à construire, ils pourront introduire des changements plus importants dans les lignes de production. Dans ce cas, la technologie Bandgap pourrait permettre de changer plus significativement les cellules solaires. Par exemple, en augmentant l'absorption de la lumière, cela pourrait permettre aux fabricants d'utiliser des plaquettes de silicium beaucoup plus minces, réduisant ainsi la plus grande partie du coût d'une cellule solaire. Cela pourrait également permettre aux fabricants d'utiliser des fils de cuivre au lieu de fils d'argent plus chers pour collecter la charge des panneaux solaires.
Ces changements pourraient conduire à des panneaux solaires qui convertissent plus de 20 % de l'énergie solaire en électricité (contre environ 15 % pour la plupart des cellules solaires actuellement) mais ne coûtent que 1 $ par watt à produire et à installer, explique Richard Chleboski, PDG de Bandgap. (Les installations solaires coûtent actuellement quelques dollars le watt, selon leur taille et leur type.) Au cours de la durée de vie du système, les coûts s'élèveraient à entre 6 et 10 cents par kilowattheure. C'est encore plus élevé que le coût actuel de l'électricité au gaz naturel aux États-Unis, qui est d'environ 4 cents le kilowattheure. Mais il est suffisamment bas pour garantir à l'énergie solaire un marché substantiel dans de nombreuses régions du monde où les coûts énergétiques peuvent être plus élevés, ou sur certains marchés de niche aux États-Unis.
Pendant ce temps, Bandgap poursuit une technologie qui pourrait un jour améliorer suffisamment l'efficacité pour permettre à l'énergie solaire de concurrencer largement les combustibles fossiles. Doublez l'efficacité des cellules solaires sans augmenter considérablement les coûts de fabrication, et vous réduisez considérablement le coût par watt des panneaux solaires et divisez par deux le coût d'installation - actuellement la plus grosse dépense de l'énergie solaire - en permettant d'obtenir la même quantité d'énergie. de moitié moins de cellules.
Les cellules que Bandgap est sur le point d'introduire et les cellules qu'il espère produire à long terme sont basées sur l'idée de minimiser la perte d'énergie qui se produit généralement lorsque la lumière traverse une cellule solaire sans être absorbée ou lorsque certaines longueurs d'onde de la lumière sont absorbées mais ne pas assez d'énergie pour déloger les électrons et créer de l'électricité. (Cette énergie est gaspillée sous forme de chaleur.) Dans une cellule solaire conventionnelle, au moins les deux tiers de l'énergie de la lumière du soleil sont gaspillées, généralement beaucoup plus.
La technologie existante de l'entreprise utilise le fait que lorsque la lumière rencontre les nanofils, elle est réfractée d'une manière qui la fait rebondir dans la cellule solaire plutôt que de simplement la traverser ou de rebondir dessus. Cela augmente ses chances d'être absorbé (voir Cellules solaires au silicium noir pour capturer plus de lumière).
Mais ce que Bandgap veut finalement faire, c'est changer la façon dont la lumière est convertie en électricité à l'intérieur de la cellule. Si les nanofils peuvent être fabriqués de manière suffisamment uniforme et s'ils peuvent être formés de manière à ce que leurs atomes s'alignent le long de certains plans, les minuscules structures pourraient modifier les propriétés électroniques du silicium. Ces changements pourraient permettre aux cellules solaires de produire de l'électricité à partir d'une lumière à faible consommation d'énergie qui ne produit normalement que de la chaleur, explique Marcie Black, fondatrice et directrice de la technologie de l'entreprise. Il le fait en partie en fournissant un moyen de combiner l'énergie de plus d'un photon de lumière à faible énergie.
La technologie pourrait prendre de nombreuses années à se développer. D'une part, cela nécessite un contrôle très précis des propriétés de chacun des millions de nanofils. En outre, les techniques nécessaires à la fabrication des cellules solaires pourraient ne pas être suffisamment bon marché ou fiables pour les produire à grande échelle. Mais de telles cellules solaires pourraient théoriquement convertir 60 % de l'énergie solaire en électricité. Cela sera difficile à réaliser dans la pratique, c'est pourquoi l'entreprise vise un rendement plus modeste de 38 %, ce qui est encore plus du double de celui des cellules solaires au silicium typiques fabriquées actuellement.
Les chercheurs adoptent plusieurs autres approches pour produire des cellules solaires à très haut rendement, telles que l'utilisation de points quantiques ou la combinaison de plusieurs types de matériaux (voir TR10 : la nanocharge solaire et les nouveaux matériaux améliorent le photovoltaïque). La technologie des nanofils pourrait cependant être plus simple. En théorie, l'approche présente de nombreux avantages potentiels, mais vous devez la faire fonctionner, explique Andrew Norman, chercheur principal au National Renewable Energy Laboratory à Golden, Colorado. Bandgap n'a pas encore construit de cellules solaires en utilisant l'approche qu'il espère poursuivre à long terme, mais il a effectué des mesures indirectes montrant que ses nanofils peuvent modifier les propriétés électroniques du silicium. Ceci est encore dans la phase de recherche, dit Black. Nous sommes très honnêtes avec les investisseurs, il y a encore beaucoup de travail à faire.