Une équipe de recherche dirigée par l’université de Nanjing a présenté un concentrateur solaire transparent, incolore et unidirectionnel qui peut être directement appliqué sur une vitre standard. Utilisant des multicouches de cristaux liquides cholestériques (CLC) avec des périodicités latérales submicroniques, ce concentrateur solaire de type diffractif (CUSC) guide de manière sélective la lumière du soleil vers le bord de la fenêtre où sont installées les cellules photovoltaïques. L’étude a été publiée dans PhotoniX.
Contrairement aux concentrateurs luminescents ou à diffusion classiques, qui souffrent souvent de distorsion visuelle, de faible efficacité et de mauvaise évolutivité, le nouveau CUSC permet une diffraction sélective en polarisation à large bande et un guidage d’ondes sans compromettre la clarté. Le dispositif maintient une transmittance visible moyenne élevée (64,2 %) et un indice de rendu des couleurs (91,3), permettant une production d’énergie propre sans altérer l’apparence de la fenêtre.
« En modifiant la structure des films à cristaux liquides cholestériques, nous créons un système qui diffracte sélectivement la lumière polarisée circulairement, la guidant dans le guide d’ondes en verre à des angles prononcés », précise le Dr Dewei Zhang, co-auteur principal. « Cela permet de collecter jusqu’à 38,1 % de l’énergie lumineuse verte incidente au niveau du bord. »
Des expériences ont montré qu’un prototype de 1 pouce de diamètre pouvait alimenter directement un ventilateur de 10 mW à la lumière du soleil. La modélisation suggère qu’une fenêtre CUSC typique de 2 mètres de large pourrait concentrer la lumière du soleil 50 fois, réduisant ainsi considérablement le nombre de cellules photovoltaïques nécessaires, jusqu’à 75 %. Le système prend en charge l’intégration avec des cellules photovoltaïques haute performance telles que l’arséniure de gallium pour une conversion d’énergie améliorée.
Les films CLC multicouches sont fabriqués à l’aide de techniques de photoalignement et de polymérisation et sont évolutifs grâce à un processus de fabrication roll-to-roll. La conception reste stable après une exposition prolongée et peut être adaptée aux fenêtres existantes pour des rénovations urbaines durables.
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« La conception du CUSC constitue une avancée dans l’intégration de la technologie solaire dans l’environnement bâti sans sacrifier l’esthétique », a déclaré le professeur Wei Hu. « Elle représente une stratégie pratique et évolutive pour la réduction des émissions de carbone et l’autosuffisance énergétique. »
Les travaux futurs se concentreront sur l’amélioration de l’efficacité à large bande, le contrôle de la polarisation et l’adaptation de la technologie aux serres agricoles et aux écrans solaires transparents. Leur vision : transformer le verre passif en surfaces actives génératrices d’énergie dans le monde entier.
Article : « Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows » – DOI : 10.1186/s43074-025-00178-3
