Des cellules photovoltaïques reflétant la lumière permettraient de générer plus d'énergie

22 septembre 2020 à 15h46
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Des scientifiques de l'université du Michigan viennent d'annoncer avoir mis au point de nouvelles cellules thermophotovoltaïques capables de générer davantage d'énergie.

Ces panneaux sont en mesure de refléter 99% de l'énergie qu'ils ne parviennent pas à transformer en électricité, ce qui doit ouvrir la voie à de nouveaux panneaux thermophotovoltaïques et à de nouveaux stockages sous forme de chaleur.

99% de réflectivité

Les panneaux thermophotovoltaïques disposent habituellement d'un semi-conducteur convertissant les photons en énergie et d'un support en or. Celui-ci réfléchit la lumière une fois qu'elle a traversé le semi-conducteur, permettant d'en renvoyer l'essentiel.

Mais dans le cas des panneaux thermophotovoltaïques conventionnels, l'or ne reflète vers le semi-conducteur « que » 95% de photons encore suffisamment chargés en énergie pour être utiles.

L'équipe de l'université du Michigan a cherché à améliorer le rendement de ces panneaux en ajoutant une couche d'air entre le semi-conducteur et le support en or. L'or est un meilleur réflecteur si la lumière le frappe après avoir voyagé dans l'air, plutôt que de venir directement du semi-conducteur.

Cette nouvelle caractéristique a permis de porter à 99% la réflectivité du support, qui renvoie ainsi davantage de photons suffisamment chargés.
« Un travail de recyclage » selon les professeurs d'ingénierie Steve Forrest, Peter A. Franken et Paul G. Goebel.

Des panneaux de grande précision

L'ajout d'une couche d'air semble une innovation basique. Mais il s'agissait de concevoir des panneaux dont les dimensions sont extrêmement précises, de l'ordre du nanomètre. Ici, le film semi-conducteur mesure 1,5 micromètre (0,0015 millimètre) d'épaisseur. Pour cette raison, l'étudiant en génie électrique et en informatique Dejiu Fan dit avoir hésité à en accepter la fabrication. Il déclare : « Il n’était pas clair au début si cette structure de "pont aérien", avec une si longue portance et sans aucun support mécanique au milieu, pourrait être construite avec une grande précision et survivre à des processus de fabrication multiples et complexes ».

On voit ici la couche d'air en gris foncé située entre la couche d'or en bas et le semi-conducteur en haut © Dejiu Fan, Optoelectronic Components and Materials Group, University of Michigan

En contrepartie de cet effort, l'équipe dispose désormais d'un panneau dont le rendement a été optimisé. Pour elle, des cellules de ce type pourraient aussi être adaptées pour faire de la récupération de chaleur, par exemple en sortie de cheminées. Selon Andrej Lenert, professeur assistant de génie chimique, « cette approche du stockage de l'énergie à l'échelle d'un réseau suscite un intérêt général car on estime qu'elle est dix fois moins chère que l'utilisation de batteries ».

L'université du Michigan a déjà déposé une demande de brevet et recherche désormais des partenaires commerciaux pour mettre sa technologie sur le marché.

Modifié le 22/09/2020 à 15h59
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