Des cellules solaires qui voient rouge

Des chercheurs de l'Université de Stanford ont démontré un ensemble de matériaux qui pourraient permettre aux cellules solaires d'utiliser une bande du spectre solaire qui serait autrement perdue. Les matériaux superposés à l'arrière des cellules solaires convertiraient la lumière rouge et proche infrarouge - inutilisable par les cellules solaires d'aujourd'hui - en une lumière de longueur d'onde plus courte que les cellules peuvent transformer en énergie. Les chercheurs universitaires collaboreront avec le Centre de recherche et de technologie Bosch à Palo Alto, en Californie, pour faire la démonstration d'un système de cellules solaires fonctionnelles au cours des quatre prochaines années.

Interrupteur: Dans un processus qui pourrait rendre les cellules solaires plus efficaces, la lumière laser verte est convertie en lumière bleue par une solution de colorants et de nanoparticules métalliques.

Même les meilleures cellules solaires au silicium d'aujourd'hui ne peuvent pas utiliser environ 30 % de la lumière du soleil : c'est parce que les matériaux actifs des cellules solaires ne peuvent pas interagir avec les photons dont l'énergie est trop faible. Mais bien que chacun de ces photons individuels soit de faible énergie, dans leur ensemble, ils représentent une grande quantité d'énergie solaire inexploitée qui pourrait rendre les cellules solaires plus compétitives.

Le processus, appelé conversion ascendante, repose sur des paires de colorants qui absorbent les photons d'une longueur d'onde donnée et les réémettent sous forme de photons moins nombreux et de longueur d'onde plus courte. Dans ce cas, les chercheurs de Bosch et Stanford travailleront sur des systèmes qui convertissent les longueurs d'onde du proche infrarouge (dont la plupart sont inutilisables par les cellules solaires actuelles). La chef du groupe de Stanford, la professeure adjointe Jennifer Dionne, pense que le groupe peut améliorer l'efficacité de conversion de la lumière du soleil en électricité des cellules solaires en silicium amorphe de 11 à 15 %.

Le concept de conversion ascendante n'est pas nouveau, mais il n'a jamais été démontré dans une cellule solaire fonctionnelle, déclare Inna Kozinsky, ingénieur senior chez Bosch. La conversion ascendante nécessite généralement deux types de molécules pour absorber des photons de longueur d'onde relativement élevée, combiner leur énergie et la réémettre sous forme de photons de plus haute énergie et de plus faible longueur d'onde. Cependant, les chances que les molécules se rencontrent au bon moment lorsqu'elles sont dans les bons états énergétiques sont faibles. Dionne développe des nanoparticules à ajouter à ces systèmes afin d'augmenter ces chances. Pour créer de meilleurs systèmes de conversion ascendante, Dionne conçoit des nanoparticules métalliques qui agissent comme de minuscules antennes optiques, dirigeant la lumière dans ces systèmes de colorant de manière à ce que les colorants soient exposés à plus de lumière au bon moment, ce qui crée plus de lumière convertie, puis dirige plus de cette lumière convertie hors du système à la fin.

La vision ultime, dit Dionne, est de créer un solide. Des feuilles d'un tel matériau pourraient être déposées sur le fond de la cellule, séparées de la cellule elle-même par une couche électriquement isolante. Les photons de faible longueur d'onde qui traversent la couche active seraient absorbés par la couche de conversion ascendante, puis réémis dans la couche active en tant que lumière utilisable de longueur d'onde plus élevée.

Kozinsky dit que l'objectif de Bosch est de démontrer la conversion ascendante de la lumière rouge dans les cellules solaires fonctionnelles en trois ans, et la conversion ascendante de la lumière infrarouge en quatre ans. En tenant compte du temps nécessaire pour passer à la fabrication, dit-elle, la technologie pourrait être intégrée aux cellules solaires commerciales de Bosch dans sept à dix ans.

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