Dans le domaine de l’énergie solaire, les chercheurs cherchent constamment à améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques. Un article publié dans Advanced Materials présente des architectures photovoltaïques innovantes qui pourraient dépasser la limite de la jonction unique, offrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’efficacité de la conversion de l’énergie solaire.
La technologie photovoltaïque est considérée comme l’un des piliers de la transition vers une société durable. L’efficacité de conversion de l’énergie solaire en électricité est encore limitée par ce que l’on appelle la « limite de la jonction unique ».
En effet, les photons au-dessus de la bande interdite du semi-conducteur sont absorbés mais perdent de l’énergie excédentaire (pertes de thermalisation), tandis que les photons en dessous de la bande interdite ne sont pas absorbés par le semi-conducteur (pertes de transmission). Cette limite est proche de 33% dans des conditions AM1.5 pour un matériau semi-conducteur idéal.
Des architectures photovoltaïques innovantes
Les chercheurs ont identifié deux architectures qui pourraient surpasser la limite de la jonction unique de conversion de l’énergie photovoltaïque à une complexité raisonnable.
La première est un système vertical «staggered half octave» (demi-octave décalée), où l’absorption sélective permet l’utilisation de 6 bandes interdites différentes.
La seconde est le système latéral «overlapping rainbow» (arc-en-ciel superposé) où l’irradiation sélective permet l’utilisation d’un accepteur d’énergie à bande étroite avec des pertes de tension réduites, selon la loi de l’écart d’énergie.
Ces deux architectures seraient très résilientes face aux changements spectraux, contrairement aux architectures multi-jonctions à deux terminaux qui sont limitées par la loi de Kirchhoff.
Une simulation basée sur l’optimisation bayésienne
Les chercheurs ont présenté un environnement de simulation basé sur l’optimisation bayésienne qui peut prédire et optimiser virtuellement les performances électriques des architectures multi-jonctions, à la fois verticales et latérales, en combinaison avec des matériaux d’up-conversion et de down-conversion.
Les effets de la microstructure sur les performances sont explicitement pris en compte en utilisant des modèles prédictifs appris par machine à partir d’expérimentations à haut débit sur des architectures plus simples.
En synthèse
Les travaux présentés ouvrent la voie à de nouvelles perspectives pour l’amélioration de l’efficacité des cellules photovoltaïques. Les architectures innovantes proposées pourraient permettre de dépasser la limite de la jonction unique, offrant ainsi un potentiel d’amélioration significatif de l’efficacité de la conversion de l’énergie solaire.
De plus, l’utilisation de l’optimisation bayésienne pour la simulation et l’optimisation des performances électriques de ces architectures représente une avancée importante dans le domaine de la recherche sur l’énergie solaire.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la limite de la jonction unique ?
La limite de la jonction unique fait référence à l’efficacité maximale qu’une cellule solaire à base de semi-conducteur peut atteindre en raison des pertes de thermalisation et de transmission.
Quelles sont les deux architectures proposées pour dépasser cette limite ?
Les deux architectures proposées sont le système vertical «staggered half octave» et le système latéral «overlapping rainbow».
Qu’est-ce que l’optimisation bayésienne ?
L’optimisation bayésienne est une méthode d’optimisation qui utilise le théorème de Bayes pour mettre à jour la distribution de probabilité des variables d’un modèle en fonction des données observées.
Quel est l’avantage de ces nouvelles architectures ?
Ces architectures seraient très résilientes face aux changements spectraux, contrairement aux architectures multi-jonctions à deux terminaux qui sont limitées par la loi de Kirchhoff.
Quel est l’impact de ces recherches sur le domaine de l’énergie solaire ?
Ces recherches ouvrent la voie à de nouvelles perspectives pour l’amélioration de l’efficacité des cellules photovoltaïques, ce qui pourrait avoir un impact significatif sur le développement de l’énergie solaire.
Références
Lüer, L., Peters, I. M., Le Corre, V. M., Forberich, K., Guldi, D. M., & Brabec, C. J. (2023). Bypassing the Single Junction Limit with Advanced Photovoltaic Architectures. Advanced Materials. https://doi.org/10.1002/adma.202308578
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