De nouvelles views pour améliorer l’efficacité des cellules solaires
par Simon Mansfield
Sydney, Australie (SPX) 29 juillet 2024
Les chercheurs améliorent l’efficacité des cellules solaires de nouvelle génération en incorporant une method qui divise les particules lumineuses, ou photons, en composants plus petits.
Dans une étude publiée dans Nature Chemistry, des scientifiques ont exploré le processus de fission singulet, où les particules légères se divisent, et ses mécanismes sous-jacents.
Le professeur Tim Schmidt de l’École de chimie de l’UNSW Sydney, qui étudie la fission singulet depuis plus de dix ans, suggère que ce processus pourrait améliorer l’efficacité des applied sciences actuelles de cellules solaires au silicium.
« Les cellules solaires actuelles fonctionnent en absorbant les photons qui sont ensuite aspirés vers les électrodes pour effectuer le travail », explique le professeur Schmidt. « Mais dans le cadre de ce processus, une grande partie de cette lumière est perdue sous forme de chaleur. C’est pourquoi les panneaux solaires ne fonctionnent pas à pleine efficacité. »
La plupart des panneaux solaires photovoltaïques actuels sont fabriqués à partir de silicium. Le professeur Ned Ekins-Daukes, co-auteur de l’étude et membre de l’École d’ingénierie photovoltaïque et d’énergie renouvelable de l’UNSW, word que même si cette technologie est rentable, elle approche de ses limites de efficiency.
« Le rendement d’un panneau solaire représente la fraction de l’énergie fournie par le soleil qui peut être convertie en électricité », explique le professeur Ekins-Daukes. « Le rendement le plus élevé a été établi plus tôt cette année par notre collaborateur industriel, LONGi. Ils ont démontré une cellule solaire au silicium d’un rendement de 27,3 % », dit-il. « La limite absolue est de 29,4 %. »
Le professeur Schmidt souligne la complexité de la compréhension du fonctionnement de la fission singulet, en particulier de la transformation d’un photon en deux. « Notre étude s’intéresse au cheminement de ce processus. Et nous avons utilisé des champs magnétiques pour l’interrogation. Les champs magnétiques manipulent les longueurs d’onde de la lumière émise pour révéler la manière dont se produit la fission singulet. Et cela n’avait jamais été fait auparavant. »
Les différentes couleurs de lumière ont des photons d’énergies différentes. Quelle que soit l’énergie de la lumière, la cellule reçoit la même énergie, et tout excédent est converti en chaleur, explique le professeur Schmidt. « Ainsi, si vous absorbez un photon rouge, il y a un peu de chaleur », explique le professeur Schmidt. « Avec les photons bleus, il y a beaucoup de chaleur. L’efficacité des cellules solaires est limitée. »
L’introduction de la fission singulet pourrait améliorer considérablement le potentiel des cellules au silicium. « L’introduction de la fission singulet dans un panneau solaire au silicium augmentera son efficacité », explique le professeur Ekins-Daukes. « Cela permet à une couche moléculaire de fournir un courant supplémentaire au panneau. » Le processus divise le photon en unités d’énergie plus petites qui peuvent être utilisées individuellement, maximisant la partie énergétique supérieure du spectre et réduisant les pertes de chaleur.
L’année dernière, l’Agence australienne pour les énergies renouvelables (ARENA) a sélectionné le projet de fission singulet de l’UNSW pour son programme d’énergie solaire à très faible coût. Cette initiative vise à développer des applied sciences qui atteignent une efficacité de plus de 30 % à un coût inférieur à 30 cents par watt d’ici 2030. L’équipe a utilisé un laser à longueur d’onde distinctive pour exciter le matériau de fission singulet et a appliqué des champs magnétiques avec un électroaimant pour ralentir le processus, ce qui le rend plus facile à étudier.
« Grâce à cette solide compréhension scientifique de la fission singulet, nous pouvons désormais fabriquer un prototype de cellule solaire au silicium amélioré, puis collaborer avec nos partenaires industriels pour commercialiser cette technologie », explique le professeur Ekins-Daukes. « Nous sommes convaincus que nous pouvons obtenir des cellules solaires au silicium avec un rendement supérieur à 30 % », ajoute le professeur Schmidt.
Rapport de recherche :Les champs magnétiques révèlent les signatures de la photoluminescence multi-excitons à paires de triplets dans la fission des singules
Liens connexes
École d’ingénierie photovoltaïque et d’énergie renouvelable de l’UNSW
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