Alors que les villes deviennent plus hautes, plus denses et plus gourmandes en énergie, intégrer l’énergie solaire directement dans les surfaces des bâtiments et des véhicules offre une solution puissante et économe en espace à la crise climatique.
En particulier, les fenêtres représentent une vaste opportunité sous-utilisée pour la récolte d’énergie urbaine. Cependant, la plupart des technologies solaires semi-transparentes actuelles souffrent de deux problèmes clés : une esthétique de couleur médiocre et des pertes d’efficacité. Cela limite leur acceptation en architecture, design automobile et électronique grand public. Ces travaux répondent à ce problème avec une stratégie de conception par IA qui libère la personnalisation complète des couleurs dans les fenêtres solaires en utilisant des revêtements non métalliques et non absorbants.
En fusionnant la modélisation optique avec une conception inverse guidée par IA, les auteurs de cet article ont créé des revêtements qui transforment la couleur des cellules solaires pérovskites semi-transparentes sans compromettre la production d’énergie. Cela permet des couleurs de fenêtres définies par l’utilisateur comme le rouge, le vert, le cyan, le magenta, et même le gris, tout en augmentant la production d’énergie jusqu’à 20 %.
Plus précisément, une nouvelle stratégie de conception a été explorée, permettant aux cellules solaires transparentes d’afficher des couleurs vives et personnalisables (par exemple, cyan) sans utiliser de filtres métalliques qui gaspillent la lumière et réduisent l’efficacité. À la place, la couleur est produite en utilisant des revêtements diélectriques transparents soigneusement conçus, similaires à ceux utilisés dans les dispositifs optiques de haute qualité. Fait important, ces revêtements n’améliorent pas seulement l’apparence mais augmentent également la quantité d’électricité générée, plutôt que de compromettre les performances. Cela signifie que les fenêtres solaires n’ont plus à sacrifier la beauté pour la fonction. Les dispositifs colorés présentés ici sont plus esthétiques et jusqu’à 20 % plus efficaces que les cellules solaires transparentes conventionnelles.
L’approche fonctionne aussi bien sur le verre rigide que sur le plastique flexible, montrant son potentiel pour une utilisation réelle dans divers contextes. Dans une perspective plus large, cette technologie pourrait transformer la manière dont l’énergie solaire est intégrée à la vie quotidienne. Les bâtiments pourraient générer de l’énergie à travers des fenêtres qui correspondent aux designs architecturaux.
Les véhicules pourraient incorporer des surfaces solaires sans altérer leur apparence. Même l’électronique portable et les panneaux de serre pourraient bénéficier d’une transparence et d’un contrôle de couleur sur mesure. En rendant la technologie solaire plus adaptable, attrayante et pratique, ce travail soutient les efforts mondiaux vers des villes à émissions nettes nulles, une construction durable et une génération d’énergie propre décentralisée. Il offre une voie réaliste pour étendre l’adoption des énergies renouvelables sans forcer de compromis dans le design, le confort ou l’expérience utilisateur, une étape essentielle vers des environnements urbains carboneutres.
Le groupe du Prof. Sun-Kyung Kim explore actuellement l’utilisation de matériaux photoniques diélectriques à haut contraste d’indice ou hybrides métal/diélectrique pour manipuler l’absorption, l’émission de lumière et le rayonnement thermique à travers les spectres ultraviolet, visible, infrarouge et micro-ondes. En outre,ses recherchesincluentla réalisation de matériaux optiques avec des dispersions exceptionnelles grâce aux concepts de métamatériaux et de plasmons de surface. Le groupe du Prof. Kimpossède également une expertise dans la conception de matériaux photoniques fonctionnels, la fabrication de structures photoniques complexes et la caractérisation des performances optiques, qui ont été intégrées avec succès dans divers dispositifs d’absorption, d’émission de lumière et de rayonnement thermique. Par exemple, concernant les dispositifs d’absorption de lumière, ila démontré un système photovoltaïque à nanofils de grille 3D en Si qui a atteint un record d’efficacité de conversion de puissance au niveau d’un nanofil unique. En termes de dispositifs d’émission de lumière, ila développé des substrats de croissance à cavité creuse à forte diffraction qui ont permis des dispositifs LED InGaN/GaN à haute efficacité, surpassant les dispositifs LED commerciaux les plus avancés. Enfin, pour les dispositifs de rayonnement thermique, ila rapporté des refroidisseurs radiatifs directionnels qui amplifient les émissions thermiques latérales, offrant ainsi un confort thermique aux utilisateurs de dispositifs optoélectroniques personnels comme les smartphones.
Seo SB, Kang R, Lee EJ et al. Modelling-guided inverse design strategy for semitransparent perovskite photovoltaics with customized colors. Opto-Electron Adv 9, 250218 (2026). DOI : 10.29026/oea.2026.250218
