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Vous cherchez un moyen de rendre vos panneaux solaires plus efficaces. Pourquoi ne pas essayer de leur donner un petit coup de marteau ? Non, il ne s’agit pas d’une solution consistant à «réparer une télé en frappant dessus», mais d’une découverte réellement étonnante faite par des chercheurs de l’Université de Warwick, au Royaume-Uni.

Extraire plus d’énergie des cellules solaires

Ce n’est pas quelque chose que vous pourrez faire avec vos propres panneaux solaires à la maison, en allant sur le toit avec une échelle, cependant cette recherche démontre qu’il est possible d’extraire de l’énergie supplémentaire des cellules solaires en déformant les minuscules cristaux de type n et de type p, dans les semi-conducteurs photovoltaïques des panneaux solaires, ou ce que les ingénieurs nomment dopage de type n et de type p.

La plupart de des panneaux solaires sont constitués de deux couches, qui créent une jonction où se rencontrent les semi-conducteurs de type n chargés négativement. Lorsqu’une cellule solaire absorbe la lumière, cette jonction divise les photons dans des directions opposées, générant ainsi du courant électrique. Bien que cette jonction soit cruciale pour la production d’électricité, elle est également assortie d’une limite, que les ingénieurs appellent Limite de Shockley-Queisser, laquelle empêche que plus de 33,7% de la puissance du soleil soit transformée en électricité.

La clé consiste à déformer les cristaux voltaïques

Pour leur démonstration, les chercheurs de Warwick ont ​​utilisé des pointes conductrices pour forcer les semi-conducteurs dans un dispositif appelé un nano-indenteur, qui déformait les cristaux voltaïques. En rendant les semi-conducteurs non symétriques, ils ont été en mesure de créer quelque chose appelé «effet photovoltaïque en vrac», qui est une autre façon de collecter les charges électriques. La combinaison de ces deux approches a permis d’améliorer l’efficacité des cellules solaires et de générer plus d’énergie électrique à partir de la lumière solaire.

« Cet effet flexo-photovoltaïque est un nouvel effet », a déclaré Marin Alexe, professeur au département de physique de Warwick. « Cela démontre que par l’ingénierie de la contrainte appliquée, tous les semi-conducteurs peuvent être transformés en un générateur photovoltaïque sans besoin de dopage chimique ou de tout autre traitement. Nous n’avons pas encore évalué en détail l’efficacité de cet effet. Mais en principe, rien n’empêche de combiner ces deux effets; la méthode classique utilisant des jonctions p-n et l’effet flexo-PV.  »

Comprendre le mécanisme flexo-PV

Maintenant que nous avons démontré comment extraire plus d’énergie d’une cellule solaire, nous aimerions comprendre le mécanisme microscopique de cet effet photovoltaïque, qui reste la base de l’effet flexo-PV », a poursuivi Alexe. « Ensuite, nous chercherons à quantifier le gain et l’efficacité à la fois à l’échelle macro et nanométrique. »

Alexe a reconnu que cela pourrait être le début d’un «long processus d’optimisation et d’ingénierie». Cependant, l’équipe a déposé une demande de brevet pour garantir que leur travail ne sera pas utilisé par d’autre fabricants de panneaux solaires. Maintenant, ils ont juste besoin de trouver des partenaires industriels pour développer leurs idées.

Surmonter la limite de Shockley-Queisser

De plus, Alexe a déclaré: « L’extension de la gamme de matériaux pouvant bénéficier de l’effet photovoltaïque massif présente plusieurs avantages, il n’est pas nécessaire de former un quelconque type de jonction; tout semi-conducteur ayant une meilleure absorption de la lumière peut être sélectionné pour être utilisés comme cellules solaires, et enfin, la limite thermodynamique ultime de l’efficacité de conversion de la puissance, appelée limite de Shockley-Queisser, pourrait être surmontée.

Il y a des défis d’ingénierie mais il devrait être possible de créer des cellules solaires où un champ de simples pointes à base de verre (une centaine de millions par cm²) pourrait être maintenu en tension pour déformer suffisamment chaque cristal semi-conducteur. Si une telle ingénierie dans le futur pourrait ajouter même un seul point de pourcentage d’efficacité, cela aurait une immense valeur commerciale pour les fabricants de cellules solaires et les fournisseurs d’énergie. »

[via Université de Warwick]