Des cellules solaires noires qui absorbent 99,7% de la lumière !

En comparaison avec les tranches de silicium utilisées dans la fabrication de panneaux photovoltaïques classiques, la proportion de la lumière incidente réfléchie par la surface est réduite d’un facteur dix sur cette partie du spectre, qui est la source d’environ 80% de l’énergie utile qui peut être récupérée de la lumière du soleil.

La couleur (noire) du silicium noir résulte de l’absence quasi-totale de la lumière réfléchie sur la surface de la tranche (wafer) poreuse. Dans le domaine des cellules solaires, le "sombre" est hautement souhaitable, car il indique que la lumière incidente est absorbée pour la conversion de l’énergie plutôt que d’être réfléchie et donc gaspillée.

Quantitativement, la réflectance est la proportion de la lumière frappant une surface donnée. Ainsi une réflectance de 0,3% signifie que seulement 0,3% de la lumière incidente est réfléchie par la surface de la cellule solaire, tandis que le restant (99,7%) devient disponible pour une conversion en énergie électrique. Le décuplement de réduction de la réflectance voudrait signifier que de la lumière utilisable en plus (jusqu’à 3%) pourrait "entrer" dans la cellule, ce qui augmenterait d’autant leur efficacité. (ex. Une cellule de 18% d’efficacité passerait à 18,5%).

Mais il y a d’autres bénéfices à tirer du silicium noir. Un panneau composé de cellules solaires en silicium noir produira beaucoup plus d’énergie sur une base quotidienne que ne le fera un panneau fabriqué à partir de cellules dotées d’un revêtement antireflet. Tout d’abord, parce qu’il reflète moins de lumière. Deuxièmement, parce qu’il fonctionne mieux le matin et l’après-midi quand le soleil "frappe" à un certain angle. Par ailleurs, ce nouveau type de cellule surpasse également les panneaux classiques par temps nuageux.

Le processus pensé par Natcore a débuté par une tranche de silicium sans revêtement, dont la texture avait une réflectance moyenne d’environ 8%, ce qui lui donnait un aspect tacheté de gris. Les pores nanométriques ont été gravés sur la surface du wafer en la plongeant pendant quelques minutes dans une solution liquide à température ambiante. Ensuite, en utilisant le processus maison de dépôt en phase liquide (LPD), les scientifiques de Natcore ont rempli ces pores et les ont enduits avec du dioxyde de silicium. Cette combinaison qui associe à la fois revêtement et passivité va permettre d’abaisser le coefficient de réflexion. Après l’achèvement des traitements de surface, les tranches ont été amenées au centre de recherche et de développement photovoltaïque de l’Université de Toledo, où la réflectance a été mesurée.

La dernière étape de Natcore vise à améliorer le rendement des cellules solaires.

Les cellules solaires dotées de revêtements antireflets qui passent par un processus de dépôt chimique en phase vapeur possèdent une réflectance d’environ 4%. Avec le silicium noir, le NREL du Département américain de l’Énergie a abaissé ce chiffre en dessous des 2%. La technologie Natcore permet maintenant de réduire ce seuil à 0,3%. "Le Noir absolu est à la lumière ce que le zéro absolu est à la chaleur", a expliqué le Dr Dennis Flood, directeur des technologies chez Natcore. "Et se rapprocher du zéro avec un procédé de réflexion que nous pouvons utiliser dans une chaîne de production commerciale de cellules solaires est tout simplement incroyable."

Natcore a récemment obtenu une licence exclusive du NREL pour pouvoir développer et commercialiser une gamme de produits basés sur le silicium noir.

"Nous travaillons déjà avec 2 fabricants manufacturiers pour concevoir un outil de production", a expliqué le PDG de Natcore Chuck Provini. "L’outil ferait 2.000 tranches de silicium noir à l’heure. Nous allons établir d’autres paramètres dans notre laboratoire. Lorsque la conception sera terminée, nous prendrons commande de l’outil. Nous avons déjà commencé à discuter avec des clients potentiels en Italie, en Chine et en Inde."