Cellule solaire : le rendement théorique pourrait passer à 44%

L’efficacité des cellules solaires conventionnelles pourrait être sensiblement augmentée, grâce à de nouvelles recherches menées par le chimiste Xiaoyang Zhu de l’Université du Texas à Austin, sur les mécanismes de conversion de l’énergie solaire.

Zhu et son équipe ont en effet découvert qu’il était possible de doubler le nombre d’électrons récupérés à partir d’un seul photon de lumière en utilisant un matériau semi-conducteur organique en plastique.

"La production de cellules solaires semi-conducteurs en plastique possède de gros avantages, dont l’un concerne son faible coût", a déclaré le professeur Zhu. "En association avec les vastes capacités de la conception moléculaire, notre découverte ouvre la porte à une nouvelle approche passionnante dans la conversion de l’énergie solaire, conduisant à des rendements beaucoup plus élevés."

Zhu et son équipe ont d’ailleurs publié leur découverte révolutionnaire le 16 décembre dans la revue Sciences.

L’efficacité théorique maximale des cellules solaires en silicium en usage aujourd’hui est d’environ 31%, du fait de la proportion trop élevée d’énergie solaire frappant la cellule afin d’être transformée en électricité. Cette énergie transmise sous forme "d’électrons chauds" est souvent perdue en chaleur. La capture de ces "électrons chauds" pourraient donc accroître l’efficacité de la conversion d’énergie solaire en électricité pour atteindre le taux de 66%.

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Zhu et son équipe avaient précédemment démontré que ces "électrons chauds" pourraient être capturés à l’aide de nanocristaux semi-conducteurs. "Pour un élément" a déclaré Zhu, "le taux d’efficacité de 66% ne peut être atteint que lorsque la lumière du soleil reste fortement concentrée, et non pas à partir de la lumière du soleil frappant classiquement un panneau solaire. En conséquence, cela crée des problèmes d’ingénierie lors de la conception d’un nouveau matériau ou dispositif."

Pour contourner ce problème, Zhu et son équipe ont trouvé une alternative. Ils ont découvert qu’un photon produit un état quantique noir, à partir duquel deux électrons peuvent être capturés efficacement pour générer plus d’énergie dans les semi-conducteurs en pentacène. L’absorption d’un photon dans un semiconducteur organique créé une paire d’électron-trou appelée "exciton".

Le chimiste a précisé que l’exploitation de ce mécanisme pourrait augmenter l’efficacité théorique maximum des cellules solaires de 44% sans avoir à focaliser un faisceau solaire, ce qui encouragerait une utilisation plus répandue de la technologie solaire.