Les trous améliorent l’efficacité des cellules solaires

Une nouvelle technique de gravure à faible coût développée par le NREL" permettrait d’incorporer un trillion de trous sur une seule tranche de silicium (wafer), de la taille d’un CD et de le rendre quasiment opaque.

Plus les trous microscopiques sont profonds, et plus le gris argenté du silicium tend à s’assombrir jusqu’à devenir entièrement noir et donc capable d’absorber presque toutes les couleurs (ondes) de la lumière du soleil.

A température ambiante, la plaquette de silicium noir peut être fabriquée en seulement trois minutes. Et à 100 degrés Fahrenheit (37.7°C), le délai est encore plus court pour descendre sous la minute.

Imaginez que la lumière arrive par petits paquets. Chaque paquet est en fait un photon qui pourrait potentiellement être changé en électron. Si le photon rebondi sur la surface d’une cellule solaire, l’énergie est perdue à jamais. Généralement, une portion de lumière touchant un objet quelconque est réfléchie, mais dans le cas du « silicium noir », celui-ci va l’absorber aussi.

L’œil humain perçoit la tranche de silicium en noire parce que la lumière du soleil n’est presque pas réfléchit et n’atteint que très faiblement notre rétine. Les milliards de trous présents sur la surface de la tranche réalisent en fait un bien meilleur travail d’absorption des longueurs d’onde de la lumière que ne le fait une surface solide plane.

Les trous améliorent l'efficacité des cellules solaires
[ A gauche : tranche de silicium argenté /
A droite : tranche de silicium noir non réfléchissante ]

Les scientifiques de la fin du 19e siècle avait déjà fait des expériences similaires qui montraient que les procédés qui fonctionnaient pour absorber le son l’étaient également pour la lumière.

"L’équipe de Munich (découvreur du silicium noir) a utilisé des techniques d’évaporation qui nécessitent des pompes à vide coûteuses, nécessitant une très fine couche d’or, d’environ 10 atomes d’épaisseur" a indiqué Howard Branz, chercheur principal du projet. "Notre idée étant d’arriver à produire des wafers moins chers, nous voulions éviter complètement le processus du dépôt sous vide", a ajouté le Pr. Branz.

Ainsi, quand un mélange de peroxyde d’hydrogène et d’acide fluorhydrique est versé sur la mince couche d’or, des nanoparticules d’or creusent la surface lisse de la tranche, formant des milliards de trous. "Vous prenez un récipient, vous y mettez une tranche de silicium et versez de l’acide chloraurique, puis de l’acide fluorhydrique et du peroxyde d’hydrogène, et vous attendez. Environ 20 secondes plus tard, la tranche de silicium argenté vire au noir ". (cf : image ci-dessous – manipulation du chercheur Hao-Chih Yuan)

Les trous améliorent l'efficacité des cellules solaires

Pour garder une cellule solaire à un taux d’efficacité de 16,8 %, les chercheurs ont réalisé que les trous devaient être « justes » : cad. à une profondeur suffisante pour bloquer la réflexion de la lumière, mais pas trop pour que les trous n’abîment pas la cellule solaire.

Plus précisément, ils ont obtenu de meilleurs résultats lorsque les milliers de milliards de trous avaient environ 500 nanomètres ou un demi-micron de profondeur, et leur diamètre était un peu plus étroit que la plus petite longueur d’onde de la lumière. Par conséquent, un diamètre de 40 trous consécutifs serait l’équivalent de l’épaisseur d’un cheveu humain.

D’après le NREL, si les trous étaient beaucoup plus profonds, la cellule solaire aurait du mal à extraire tous les électrons générés par la lumière solaire. Les gains en efficacité seraient si bas que personne ne chercherait à mettre ce type de cellule solaire sur son toit.

Autres avantages
: le nouveau procédé de fabrication devrait éviter l’utilisation du gaz silane***, ainsi que les gaz purificateurs tels que le trifluorure d’azote, qui est 17.000 fois plus puissant que le dioxyde de carbone contribuant au réchauffement climatique. De plus, l’utilisation de tranches de silicium noir requiert environ un tiers d’énergie en moins que l’ajout de couches anti-reflets classiques à la cellule solaire.

Si la percée technologique réalisée par les scientifiques du NREL se concrétise, cela se traduira probablement par la fabrication de cellules solaires à faible coût tout en étant plus efficace que celles utilisées dans les panneaux solaires actuels.

Le NREL a indiqué pour finir que plusieurs sociétés spécialisées dans la fabrication de cellules solaires étaient déjà intéressées par l’acquisition d’une licence technologique.

** NREL : Laboratoire national américain sur les énergies renouvelables
*** le silane est un produit coûteux et dangereux car il s’enflamme instantanément à l’air libre

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3 Commentaires sur "Les trous améliorent l’efficacité des cellules solaires"

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Etienne solar
Invité

Pour le photovoltaique, si les micro trous augmentent l’absorption des photons, on peux imaginer qu’ils augmentent le rendement … mais ils augmentent aussi la chaleur, qui baisse le rendement … quelle est la résultante ? Pour le solaire thermique ça n’aurais que des avantages, dommage que cela ne soit pas évoqué.

Guede
Invité

les panneaux solaires doivent ètres nettoyés au moins une fois par mois, pour conserver leur efficacité. la porosité de ces panneaux n’est ‘elle pas contre-indiquée ?

Pastilleverte
Invité

c’est un procédé très économique pour fabriquer des cellules PV Et / OU pour augmenter le rendement ? (appremment, non pour la 2° partie) Si ça permet de réaliser la 1° partie de la phrase, ce serait déjà bien (mais de quel facteur, par rapport aux procédés actuels ?)

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