Une cellule solaire émettrice de lumière serait encore plus efficace !

Afin de produire une quantité d’énergie optimale, les cellules solaires sont généralement conçues pour absorber le maximum de lumière possible ; Cependant, des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley, ont démontré un concept paradoxal : ces cellules devraient ressembler davantage aux LEDs, à la fois capables d’émettre et d’absorber la lumière du soleil.

"Nous avons démontré que le mieux pour une cellule solaire était d’émettre des photons, car plus sa tension était élevée et plus grand était sa capacité à produire de l’énergie", a expliqué Eli Yablonovitch, chercheur principal et professeur de génie électrique à l’UC Berkeley.

Depuis 1961, les scientifiques savent que, dans des conditions idéales, il y a une limite à la quantité d’énergie électrique qui pourrait être convertie à partir de la lumière du soleil frappant une cellule solaire. Théoriquement, cette limite est de 33,5% environ. Cela signifie qu’au plus, 33,5% de l’énergie des photons entrants seront absorbés et convertis en énergie électrique utile.

Une cellule solaire émettrice de lumière serait encore plus efficace !Pourtant, pendant 5 décennies, les chercheurs ont été dans l’incapacité de se rapprocher au plus près de cette efficacité : à partir de 2010, le plus haut rendement obtenu était un peu plus de 26%. Ce taux concerne les cellules solaires à simple jonction (couche unique) qui absorbent les ondes lumineuses au-dessus d’une fréquence bien spécifique. A contrario, les cellules dit "Multi-jonctions", qui possèdent comme son nom l’indique plusieurs couches, sont en mesure d’absorber des ondes différentes et donc d’atteindre des rendements plus élevés.

L’équipe du Pr. Yablonovitch a donc essayé de comprendre pourquoi il y avait un tel écart entre la limite théorique et celle que les chercheurs ont pu effectivement réaliser. Lorsqu’ils se sont penchés sur la question, "une image cohérente a émergé" a indiqué Owen Miller, étudiant diplômé de Berkeley et membre du projet de recherche. Ils ont trouvé une solution relativement simple, basée sur un lien mathématique entre l’absorption et l’émission de lumière.

"Fondamentalement, c’est parce qu’il y a un lien thermodynamique entre l’absorption et l’émission," a précisé O. Miller. Concevoir des cellules solaires qui émettent de la lumière – de sorte que les photons ne soient pas ‘perdus’ dans une cellule – a pour effet naturel d’augmenter la tension produite par la cellule solaire. "Si vous avez une cellule solaire émettrice de lumière, alors elle produira également une tension plus élevée, qui à son tour augmentera la quantité d’énergie électrique provenant de la cellule pour chaque parcelle de la lumière du soleil."

La théorie qui veut que l’émission de lumière et la tension vont de pair n’est pas nouvelle. Mais l’idée n’avait jamais été pris en considération dans la conception de cellules solaires avant aujourd’hui, a reconnu O. Miller.

Une cellule solaire émettrice de lumière serait encore plus efficace !

L’année dernière, une société du nom de Devices Alta, co-fondée par Yablonovitch, a utilisé ce nouveau concept pour créer un prototype de cellule solaire en arséniure de gallium (GaAs), un matériau couramment utilisé pour fabriquer des cellules solaires spécialisées à destination des satellites.

Selon Devices Alta, le prototype a battu un record, passant de 26% à 28,3% d’efficacité. La société a réalisé cette étape, grâce en partie, par la conception même de la cellule permettant à la lumière de s’échapper aussi facilement de la cellule – en utilisant des techniques comprenant par exemple, l’augmentation de la réflectivité de la face arrière, qui renvoie des photons entrants vers la face avant du dispositif.

Les cellules solaires produisent de l’électricité lorsque les photons frappent le matériau semi-conducteur de la cellule. L’énergie des photons casse les électrons libérés à partir de ce matériau, ce qui permet aux électrons de circuler librement. Mais ce processus a la capacité de générer de nouveaux photons, par le phénomène appelé luminescence. L’idée derrière la conception de cette nouvelle cellule solaire reste que ces nouveaux photons – qui ne viennent donc pas directement du Soleil – devraient être libérés de la cellule le plus facilement possible.

"La première réaction qui vient à l’esprit est : pourquoi faudrait t-il aider cette évasion de photons ?" a indiqué Owen Miller. "Puisque vous ne voulez pas garder ces photons dans la cellule, peut-être qu’ils pourraient créer plus d’électrons ?" Cependant, d’un point de vue mathématique, en autorisant les nouveaux photons à se libérer, cela a pour effet d’accroître la tension électrique que la cellule est en mesure de récupérer.

Le Pr. Yablonovitch espère que les chercheurs seront capables d’utiliser cette technique pour réaliser des taux d’efficacité proche de 30% dans les années à venir. Et puisque leurs travaux de recherche s’appliquent à tous types de cellules solaires, les résultats auront forcément une implication dans le domaine.

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7 Commentaires sur "Une cellule solaire émettrice de lumière serait encore plus efficace !"

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Pastilleverte
Invité

en éolien, la limite téhorique est de plus de 59%, that’s far better, no ? (oui d’accord, les terres rares pour les aimants…)

Blu
Invité
Quelle bêtise de vouloir comparer le rendement de l’éolien et du solaire… On ne parle pas de la même ressource, des mêmes impacts, des mêmes périodes de production, etc… Tant qu’à faire, on pourrait aussi dire: en hydraulique les rendements sont supérieurs à 80%, alors pourquoi faire de l’éolien? Bref ça n’a aucun sens d’opposer ces technologies qui n’utilisent pas les mêmes ressources A part ça l’article me semble très peu clair. J’ai l’impression que ce qui est montré comme une idée qui vient de sortir est en fait bien ancien… Dans le domaine des cellules monojonction, la théorie est… Lire plus »
Stephsea
Invité

Pour en remetre une couche, l’éolien n’a pas encore fait ses preuves pour alimenter les satellites… 😉

yp
Invité

hehe. Très intéressant cette avancée technologique, on avance on avance on avance, petit à petit, on découvre, on améliore, si toute l’énergie (lol) et l’argent qui ont été mis dans le nucléaire avaient été mis dans les énergies renouvelables, dans quel merveilleux monde nous vivrions aujourd’hui … Mais il vient maintenant, c’est déja bien. Pourvu que ce ne soit pas trop tard pour sauver notre belle planète et toute la vie qu’elle abrite, on perd déja beaucoup de la vie … Y a du boulot encore, faut en finir avec le plastique aussi.

Oo
Invité
Pourquoi toujours mettre sur le tapis le nucléaire serieux? Yp, vous parlez pas des dizaines de millards cramés ailleurs que dans le nucléaire tous les ans? Go/Gaz entre autre? Et a quoi ressemblerait votre merveilleux territoire pour fournir (que la journée) vos 100 000 MW en hiver? 900W/m² en moyenne en France de avril à septembre x25% -> 225 W/m² 4.44×10^8 m² x1.6 (les cellules ont besoin réellement besoin de 1m² pour 0.6 de cellule pour que ce soit viable) Soit minimum 700 km² de verre de merdes en tout genre minimum pour fournir dans le meilleur des cas, aux… Lire plus »
gypse
Invité

Intéressant, mais sur des triples jonction, on arrive tout de même à 36 % ().

Tylan
Invité
l’aricle melange tout. Soit le journaliste n’a rien compris, soit c’est une belle intoxe. En tout cas s’il y a luminescence, les electrons seront perdu donc ne fourniront plus de courant donc on aura une puissance du panneau PV tres faible Arretons d’opposer les différents types d’energies sans cesse. Nous devrons a long termes trouver des sources d’energies alternatives. il n’y a pas d’uranium pour 200 ans. Le PV est tout a fait adapté aux batiments qui consomment 40 % de notre energie. Ces batiments peuvent etre autonomes, il suffit juste de penser autrement et d’arreter de se chauffer a… Lire plus »
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