Pourquoi les panneaux solaires doivent chausser des crampons ?

Alors que la plupart des cellules solaires utilisées par l’industrie sont fabriquées à partir de couches de matériaux épaisses, ces derniers ont l’inconvénient majeur d’être encore trop chers par rapport au rendement délivré.

De nombreux modèles à moindre coût restent quant à eux limités du point de vue de leur efficacité, car la couche absorbante de photons demeure trop mince pour pouvoir extraire suffisamment d’énergie.

A l’occasion de nouvelles recherches, les scientifiques ont démontré que l’efficacité de tous les modèles de panneaux solaires pourraient être améliorés jusqu’à 22% en recouvrant leur surface avec des ‘crampons’ en aluminium qui piègent la lumière à l’intérieur même de la couche absorbante.

Au niveau microscopique, les ‘crampons’ rendent la surface des panneaux solaires similaires à celui des briques de construction qui s’emboîtent, comme des legos.

L’étude a été publiée dans le journal ‘Scientific Reports’ par des scientifiques de l’Imperial College de Londres et des collaborateurs internationaux en Belgique, en Chine et au Japon.

"Au cours des dernières années, à la fois l’efficacité et le coût des panneaux solaires commercialisés se sont améliorés, mais ils restent encore coûteux par rapport aux combustibles fossiles. Comme le matériau absorbant peut seul faire jusqu’à la moitié du coût d’un panneau solaire, notre objectif a été de réduire au maximum la quantité qui est nécessaire", a déclaré l’auteur principal du rapport, le Dr Nicholas Hylton du département de physique à l’Imperial College de Londres.

"Le succès de notre technologie, en combinaison avec les revêtements anti-reflets dès plus modernes, nous mènera sur la voie des cellules solaires à haut rendement et minces qui pourraient être disponibles à un prix compétitif."

L’équipe du Dr Hylton a disposé des cylindres d’aluminium de seulement 100 nanomètres de diamètre en rang sur la partie supérieure du panneau solaire, où ces derniers interagissent avec le passage de la lumière, invitant les rayons lumineux à changer d’orientation. Davantage d’énergie peut être extrait de la lumière comme les rayons sont piégés à l’intérieur du panneau solaire et transitent sur de plus longues distances grâce à sa couche absorbante.

Par le passé, les scientifiques ont essayé d’obtenir un effet de courbure de la lumière en utilisant de l’argent et des ‘crampons’ d’or parce que ces matériaux sont connus pour interagir fortement avec la lumière. Toutefois, ces métaux précieux réduisent réellement l’efficacité car ils absorbent une partie de la lumière avant même qu’elle n’entre dans le panneau solaire.

"La clé pour comprendre ces nouveaux résultats réside dans la façon dont les structures internes de ces métaux interagissent avec la lumière. Or et argent ont tous les deux une forte incidence sur le passage des rayons lumineux. Ils peuvent pénétrer dans les petits ‘crampons’ et être absorbés, tandis que l’aluminium a une interaction différente."

Par ailleurs, l’aluminium est largement moins cher et beaucoup plus abondant que l’argent et l’or.

Selon ces concepteurs, cette technologie permettrait de produire des panneaux solaires flexibles capables d’être appliqués à n’importe quelle surface plane ou courbe. Elle pourrait également être utilisée pour alimenter des appareils ménagers ou des appareils électroniques portables.