Le vent, un atout inattendu pour les cellules solaires

Plongeons au cœur d’une nouvelle étude qui examine en détail les différentes technologies de cellules solaires. Elle met en lumière la supériorité des matériaux organiques en termes de refroidissement par rapport aux solutions en silicium couramment utilisées. Découvrez également comment une exposition à un environnement venteux pourrait être bénéfique pour ces dispositifs.

Qu’il s’agisse de la chaleur qu’ils produisent ou de leur fonctionnement dans des environnements chauds, presque tous les dispositifs électroniques sont confrontés au défi de la chaleur. La température affecte les propriétés électriques et optiques des matériaux utilisés, pouvant ainsi altérer l’efficacité des appareils et même réduire leur durée de vie. Il est donc essentiel de comprendre la nature de ce phénomène de chauffage pour en atténuer les effets néfastes.

Une recherche approfondie sur le chauffage des cellules solaires

Une équipe de chercheurs menée par Lujia Xu de KAUST, en collaboration avec des collègues de Chine et des États-Unis, a étudié les causes de ce chauffage parasite dans les cellules solaires fabriquées à partir de différents matériaux et dans divers environnements.

Ils ont démontré qu’un bon positionnement du module de la cellule solaire dans un environnement venteux est la méthode la plus simple et la plus efficace pour contrôler sa température.

Comparaison : cellules solaires silicium et matériaux organiques

L’équipe a conçu une série de cellules solaires pour leur caractérisation. Le premier dispositif comportait une seule région ou jonction optiquement active en silicium. Le suivant était composé de pérovskites, une famille de matériaux organiques. Les chercheurs ont également créé plusieurs dispositifs combinant les deux technologies.

« C’est la première fois, à notre connaissance, que les cellules solaires à base de silicium et de pérovskites sont étudiées et comparées systématiquement« , précise Lujia Xu. « Nous avons également introduit une nouvelle métrique, le score de refroidissement, pour permettre une comparaison équitable entre elles.« 

Une meilleure gestion de la chaleur par les dispositifs en pérovskites

Les résultats démontrent que le dispositif à base de pérovskite obtient le score de refroidissement le plus élevé, indiquant qu’il est le moins affecté par la chaleur. Cette performance est due à une absorption plus complète des photons solaires et à sa structure plane.

Les dispositifs en silicium nécessitent des structures de « piégeage de la lumière » pour améliorer leur efficacité de conversion de l’énergie optique en énergie électrique, mais celles-ci causent également une absorption indésirable et donc un chauffage.

Les dispositifs hybrides atténuent certains de ces effets, mais pas entièrement, car ils utilisent également des structures de piégeage.

L’effet bénéfique du vent sur la température des cellules solaires

Concernant les solutions possibles, l’équipe a découvert qu’un environnement venteux, refroidissant les cellules solaires par conduction, pouvait significativement réduire la température de fonctionnement du module, quel que soit son score de refroidissement. Cette découverte donne de l’espoir pour tous les types de cellules solaires.

En synthèse

En somme, cette étude montre que les cellules solaires à base de matériaux organiques, comme les pérovskites, sont plus efficaces pour gérer la chaleur que leurs homologues en silicium. De plus, l’effet de refroidissement de l’environnement, comme le vent, est un facteur clé dans la réduction de la température de fonctionnement des modules solaires.

Lujia Xu et son équipe envisagent désormais de continuer leurs recherches dans deux directions : l’optimisation de la structure et des matériaux des modules de cellules solaires pour augmenter le score de refroidissement, et l’exploration des moyens de maximiser l’effet de refroidissement environnemental sur les modules solaires.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce qu’un score de refroidissement ?

C’est une nouvelle métrique introduite par les chercheurs pour comparer la capacité des différentes cellules solaires à gérer la chaleur.

2. Quels sont les avantages des cellules solaires à base de pérovskite ?

Elles ont un score de refroidissement plus élevé, indiquant une meilleure gestion de la chaleur, grâce à une absorption plus complète des photons solaires et à leur structure plane.

3. Comment le vent peut-il aider à réduire la température de fonctionnement des cellules solaires ?

L’exposition à un environnement venteux refroidit les cellules solaires par conduction, ce qui peut réduire considérablement la température de fonctionnement du module.

4. Quelle est la prochaine étape pour les chercheurs ?

Ils envisagent d’optimiser la structure et les matériaux des modules de cellules solaires pour augmenter le score de refroidissement, et d’explorer comment maximiser l’effet de refroidissement environnemental sur les modules solaires.

Légende illustration : Lujia Xu et Stefaan De Wolf, chercheurs à KAUST, ont mis au point une échelle de mesure appelée « score de refroidissement » pour quantifier l’échauffement parasite des technologies photovoltaïques. 2023 Wiley-VCH GmbH. Concept de l’image : Lujia Xu et Ryo Mizuta Graphics. Maquette : Ryo Mizuta Graphics.

RÉFÉRENCE
Lujia Xu, L., Aydin, E., De Bastiani, M., Babics, M., Liu, J., Azmi, R., Alamer, M., Salvador, M.F., Liu, W., Allen, T., Xu, F., Kang, J., Subbiah, A., Yan, W., Ur Rehman, A., Zhou, L., Raja, W., Gan, Q., Liu, Z. & De Wolf, S. Parasitic heating of perovskite- and silicon-based photovoltaics. Advanced Energy Materials 99, 092506 (2011).| article