Des nanofils pour rendre les cellules photovoltaïques 2 fois plus efficaces à coût identique

08 novembre 2021 à 16h39
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Énergie solaire photovoltaïque © Pixabay
© Pixabay

De temps à autre, des innovations émergent dans le solaire, avec l'objectif d'améliorer le rendement des panneaux actuels. Ces dernières années, nous avons déjà suivi la mise au point des panneaux thermoradiatifs ou de nouvelles cellules utilisant un simple ajout d'air .

Cette fois, un groupe de chercheurs de l'université norvégienne de science et de technologie (NTNU) dit avoir développé un nouveau matériau à base de nanofils semi-conducteurs. Si celui-ci était placé au-dessus d'une cellule solaire standard, il pourrait, selon les scientifiques, doubler son efficacité avec un coût modeste.

Des fils tombés dans le panneau

Anjan Mukherjee, du département des systèmes électroniques de l'université et principal développeur de la méthode, affirme ainsi disposer « d'une nouvelle méthode d'utilisation de l'arséniure de gallium (GaAs) rendu très efficace grâce à la nanostructuration. Ceci nous permet de rendre les cellules solaires beaucoup plus efficaces en n'utilisant qu'une infime fraction du matériau normalement utilisé ».

L'arséniure de gallium est déjà utilisé dans l'industrie. Il sert lors de la production de cellules à haut rendement (notamment pour l'espace), étant donné la qualité de son absorption lumineuse et d'extraordinaires caractéristiques en électricité. Problème : le composé est aussi coûteux à obtenir.

C'est d'ailleurs ce coût important qui a entraîné une demande en techniques permettant de le contenir. La nouvelle méthode s'inscrit donc dans une volonté récente d'obtenir de bons résultats avec ce composé tout en utilisant le moins de matière possible.

Une méthode compatible avec l'industrialisation

Ici, les scientifiques ont donc adopté une structure à base de nanofils. Conçu en tandem, le panneau place ce réseau par-dessus une cellule de silicium. Pour Helge Weman, professeur au département des systèmes électroniques, cette technique « évite l'utilisation d'un substrat coûteux d'arséniure de gallium », mais donnerait une cellule « 10 fois plus efficace que toute autre cellule solaire ».

Avantage : selon Anjan Mukherjee, la méthode de fabrication utilisée serait favorable à une industrialisation. L'expert explique : « nous créons les nanofils à l'aide d'une méthode appelée MBE (molecular beam epitaxy), qui n'est pas une solution susceptible de produire de grands volumes de matériau. Cependant, il est possible de produire ces nouvelles cellules solaires à grande échelle en utilisant d'autres méthodes, comme le MOCVD (dépôt en phase vapeur organique métallique) ».

Les panneaux ainsi produits pourraient également être compatibles avec une utilisation dans l'espace. Les chercheurs s'interrogent sur l'ajout de leurs nanofils à d'autres types de panneaux. Anjan Mukherjee explique ainsi : « Nous explorons l'ajout de ce type de structure à d'autres substrats, comme le graphène. Cela pourrait donner d'énormes opportunités de production de cellules solaires légères et flexibles, pouvant être utilisées dans des drones auto-alimentés, des micro-satellites et d'autres applications spatiales. »

Et si nous pouvions puiser l’énergie solaire plus près de sa source d’origine ? Et si des satellites solaires diffusaient de l’électricité à la surface de la planète depuis l’espace ?
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Source : TechXplore

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Syncro_Syncro
une cellule « 10 fois plus efficace que toute autre cellule solaire », avec des cellules à 16% actuellement. Un rendement supérieur à l’énergie reçue = on a ré inventé la pierre philosophale #PasSûr
nemo2023
Le calcul d’efficacité ne se fait pas au niveau de la production énergétique seule.<br /> L’efficacité tient compte de la production du matériau lui-même par exemple.<br /> Le rendement à 16% est celui à plein ensoleillement, on peut imaginer qu’ils utilisent le chiffre réel sur la journée complète ; ))
Remoss
Ah ah aahhh on revoit le mot magique «&nbsp;Graphène&nbsp;» du site Clubic
Nmut
Ou est le problème? Le mot «&nbsp;magique&nbsp;» est relatif aux capacités du graphène extra-ordinaires . On en trouve déjà dans plein d’applications, et chaque jour on découvre d’autres utilisations. C’est un peu l’équivalent à l’informatique il y a 60 ans, des «&nbsp;matériaux composites&nbsp;» il y a 40 ans ou encore des nanos-particules il y a 20 ans: le truc génial qui maintenant est devenu banal (même si on en a pas encore «&nbsp;fait le tour&nbsp;»! ).
xryl
Le GaAs a un bandgap très intéressant par rapport au silicium. Avec seulement du silicium, les rendements des panneaux solaires serait de 1 ou 2% maxi. S’ils arrivent à 10x mieux, c’est qu’ils parviennent aux rendements actuels en production. L’innovation n’est donc pas dans le rendement, mais bien dans la réduction du coût de fabrication (qui, je le suppose ne sera pas d’un facteur 10, mais s’il est de 10% c’est déjà ça de gagné).
JR0000
la publication originale parue dans ACS photonics fait état d’une rendement de 7.7%
philouze
j’aime beaucoup ta façon de voir, tous ces trucs magiques devenus banals au plus grand nombre.
philouze
non non, ça va plus loin,<br /> @Syncro Syncro idem !<br /> «&nbsp;une cellule « 10 fois plus efficace que toute autre cellule solaire », avec des cellules à 16% actuellement. Un rendement supérieur à l’énergie reçue&nbsp;»<br /> tu as mal cité Benoit Thery (c’est «&nbsp;2 fois plus&nbsp;» pas 10 x plus)<br /> Le rendement et le fonctionnement très particulier du GaN permet de franchir la mythique limite de Shockley-Queisser, aux alentours de 33%<br /> Les meilleurs panneaux étant à 20, on pense pouvoir tirer plus de 40, donc plus que le max théorique de conversion solaire du silicium.<br /> Et dans tous les cas, on est donc certain d’atteindre les 30 sans trop souffrir ladite limite (par définition, atteindre la limite étant impossible, vu qu’on a en plus d’elle, les pertes associés aux reflets, aux supports, à l’effet joule… )<br /> Pour résumer, la publi est sérieuse, et on s’achemine vers des panneaux de production à minimum 30% de conversion, dont du double de ce qu’on a aujourd’hui, pour moins cher.<br /> Pour donner un ordre de grandeur, ça implique qu’un grand panneau plan «&nbsp;standard&nbsp;» sortira près/plus de 800 Wc, peut être un kiloWatt à long terme.<br /> C’est assez fou.
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