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Ingénieurs en démarrage Cellules solaires transparentes
Imaginez un monde où n'importe quelle surface pourrait être recouverte de cellules solaires, convertissant la lumière du soleil et même la lueur des ampoules en petites quantités d'énergie utilisable. C'est l'objectif d'une nouvelle startup appelée Énergie omniprésente . La société espère développer des revêtements et des films transparents et abordables qui pourraient capter l'énergie lumineuse lorsqu'ils sont appliqués aux fenêtres ou aux écrans de liseuses ou de tablettes. Une façon d'utiliser la technologie pourrait être dans les fenêtres électrochromes qui passent du clair au foncé lorsque le soleil est le plus brillant.
L'astuce réside dans la façon dont les panneaux photovoltaïques de l'entreprise captent la lumière : ils collectent les longueurs d'onde dans la partie ultraviolette et infrarouge du spectre mais laissent passer la lumière visible. Les cellules solaires traditionnelles, en revanche, collectent la lumière dans les régions ultraviolettes et visibles et ne peuvent donc pas être rendues complètement transparentes.
C'est certainement une approche intéressante si le coût de telles cellules peut être suffisamment bas et la stabilité des matériaux est suffisante, dit Zhenan Bao , professeur de génie chimique à l'Université de Stanford, qui n'est pas affilié à la startup. Elle ajoute qu'en collectant la lumière infrarouge et ultraviolette, la technologie filtre les parties du spectre que les gens veulent généralement que les fenêtres empêchent de toute façon d'entrer.
Miles Barr, président et directeur de la technologie d'Ubiquitous Energy, explique que les cellules solaires transparentes sont constituées de diverses couches organiques, déposées une par une sur un verre ou un film. Ce procédé pourrait facilement être intégré dans les systèmes de dépôt de couches minces que l'on trouve dans le traitement industriel. De nombreuses fenêtres modernes, par exemple, ont une sorte de revêtement pour le contrôle solaire ou l'isolation ; Barr envisage que les cellules solaires de son entreprise soient fabriquées et ajoutées de la même manière. L'énergie omniprésente, issue du laboratoire de Vladimir Boulović , professeur de génie électrique au MIT, n'a pas encore annoncé de plans de produits ou de prix.
Un article publié dans Lettres de Physique Appliquée en 2011 a décrit l'approche spectralement sélective de l'entreprise : les prototypes fabriqués à partir de matériaux organiques ont donné un rendement légèrement inférieur à 2 % et une transparence visible d'environ 70 %. (Les fenêtres des bâtiments nécessitent généralement des transparences de 55 à 90 pour cent, tandis que les écrans électroniques mobiles nécessitent 80 à 90 pour cent.) Barr dit que son équipe pousse les chiffres d'efficacité et de transparence à la hausse.
Alors que la société est encore en phase de recherche et développement, elle explore divers matériaux et conceptions de produits. Nous obtenons un catalogue de structures d'appareils et d'ingrédients pour des appareils plus efficaces qui peuvent alimenter des appareils plus énergivores ou compenser l'énergie pour les bâtiments, dit Miles. Une fois que vous atteignez 10 % d'efficacité, de nombreuses applications s'ouvrent. La société espère atteindre des rendements supérieurs à 10 % avec une transparence visible élevée.
Il existe d'autres types de cellules solaires transparentes, mais beaucoup d'entre elles captent encore de la lumière dans le domaine visible et n'ont donc pas le potentiel de transparence d'une approche qui ignore la lumière visible. Ces matériaux atteignent une semi-transparence lorsqu'ils sont déposés de manière clairsemée sur une surface ou lorsque les dispositifs photovoltaïques sont amincis pour laisser passer plus de lumière visible.
La technologie photovoltaïque actuelle utilise largement la gamme ultraviolet-visible, mais pas beaucoup dans la gamme infrarouge, explique Shenqiang Ren, professeur de chimie à l'Université du Kansas, qui n'est pas affilié à la société. Sous le rayonnement solaire, il y a environ 45 pour cent d'énergie rayonnante de l'infrarouge [lumière].
Alors qu'Ubiquitous Energy cherche à améliorer l'efficacité de ses cellules solaires, explique Barr, elle étudie deux méthodes standard pour collecter plus de lumière. La première consiste à optimiser la conception de ses matériaux semi-conducteurs. Ses matériaux actuels comprennent des colorants moléculaires qui ont des pics d'absorption sélective dans les parties ultraviolettes et proches infrarouges du spectre ; Barr dit que la société développe des matériaux qui collectent également de l'énergie plus profondément dans l'infrarouge. La seconde implique l'ingénierie à l'échelle nanométrique et la modification des interférences optiques au sein de l'appareil pour améliorer l'absorption de la lumière, des astuces utilisées pour améliorer l'efficacité des cellules solaires non transparentes dans le passé. Il y a beaucoup de boutons que vous pouvez régler pour améliorer les performances, dit-il.