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Des chercheurs qui travaillent à maximiser l’efficacité des panneaux solaires, ont déclaré que la superposition de matériaux avancés sur le silicium traditionnel, est une voie prometteuse pour obtenir plus d’énergie de la lumière du Soleil. Une nouvelle étude montre qu’en utilisant un processus de fabrication contrôlé avec précision, ces chercheurs peuvent produire des panneaux solaires multicouches, qui pourraient être 1,5 fois plus efficaces que les panneaux traditionnels en silicium.

1,5 fois plus efficaces que les panneaux traditionnels

« Les panneaux solaires en silicium sont répandus parce qu’ils sont abordables et peuvent convertir un peu plus de 20% de la lumière du Soleil en électricité utilisable », a déclaré Lee, professeur de génie électrique et informatique. « Cependant, tout comme les puces informatiques en silicium, les cellules solaires en silicium atteignent la limite de leurs capacités, donc trouver un moyen d’augmenter l’efficacité est intéressant pour les fournisseurs d’énergie et les consommateurs ».
L’équipe de M. Lee a travaillé à l’application d’une couche de phosphure d’arséniure de gallium sur le silicium, car ces deux matériaux se complètent. Ces deux matériaux absorbent fortement la lumière visible, mais le phosphure d’arséniure de gallium le fait tout en générant moins de chaleur. En revanche, le silicium excelle à convertir l’énergie de la partie infrarouge du spectre solaire, juste au-delà de ce que nos yeux peuvent voir, a déclaré M. Lee.
« C’est comme une équipe sportive. Vous allez avoir des gens rapides, certains sont forts et d’autres ont de grandes capacités défensives », a-t-il déclaré. « De la même manière, les cellules solaires en tandem fonctionnent en équipe, et tirent parti des meilleures propriétés de ces deux matériaux, pour en faire un seul appareil plus efficace. »

Du silicium à bas prix comme point de départ

Bien que l’arséniure de gallium, le phosphure et d’autres matériaux semi-conducteurs, soient efficaces et stables, ils sont chers, de sorte que la fabrication de panneaux entièrement composés de ces matériaux n’est pas raisonnable pour une production de masse à l’heure actuelle. C’est pourquoi l’équipe de Lee utilise du silicium à bas prix comme point de départ de ses recherches.
Lors de la fabrication, les défauts de matériaux se retrouvent dans les couches, en particulier aux interfaces entre le silicium et le phosphure d’arséniure de gallium, a déclaré M. Lee. De minuscules imperfections se forment lorsque des matériaux de structure atomique différente, sont déposés sur le silicium, ce qui compromet à la fois les performances et la fiabilité.
« Chaque fois que vous passez d’un matériau à un autre, il y a toujours un risque de créer un certain désordre dans la transition », a déclaré M. Lee. « Shizhao Fan, l’auteur principal de cette étude, qui a développé un procédé pour former des interfaces vierges, dans la cellule de phosphure d’arséniure de gallium, ce qui a conduit à une amélioration considérable par rapport à nos travaux antérieurs dans ce domaine ».

Pour les entreprises et les consommateurs

« À terme, une entreprise de services publics, pourrait utiliser cette technologie pour obtenir 1,5 fois plus d’énergie sur la même surface, de ses fermes solaires, ou un consommateur pourrait utiliser 1,5 fois moins d’espace pour ses panneaux de toit », a-t-il déclaré.
M. Lee a déclaré que des obstacles subsistent sur la voie de la commercialisation, mais il espère que les fournisseurs d’énergie et les consommateurs verront l’intérêt d’utiliser des matériaux stables pour améliorer les performances.
Cette recherche a été publiée dans Cell Reports Physical Science.
Source : University of Illinois at Urbana-Champaign
Crédit photo : Pexels