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Un rendement de 45 % pour des cellules photovoltaïques

Industrie et  Technologies
L'utilisation de nanostructures permet à une équipe de chercheurs californiens de faire passer en laboratoire le rendement des cellules solaires de 31 à 45 %. Reste maintenant à optimiser la technologie.


En utilisant des nanostructures pour mieux capter et canaliser la lumière, des chercheurs de l'Université de San Diego en Californie, dans le cadre d'un programme Solar America financé par l'U.S. Department of Energy, viennent de créer des cellules photovoltaïques disposant d'un rendement de 45 %, pulvérisant ainsi la limite théorique couramment admise des 31 % pour les cellules classiques à jonction p-n.

Extérieurement, ces cellules ressemblent à des cellules photovoltaïques développées en couches minces. Mais leurs capteurs intègrent des nanostructures qui concentrent fortement le rayonnement solaire, augmentant ainsi la probabilité d'absorption des photons. De plus, ces capteurs intègrent aussi des puits quantiques qui augmentent l'absorption des photons les moins énergétiques.

Plusieurs équipes avaient déjà tenté d'ajouter des puits quantiques dans des cellules photovoltaïques développées en couches minces. Ils en avaient pour cela superposé plusieurs couches pour arriver à une grande probabilité d'absorption des photons les moins énergétiques. Mais cette approche était contre-productive car l'empilement des puits quantiques se comportait comme de véritables pièges à électrons, les empéchant de générer un courant électrique.

L'utilisation en entrée de nanostructures qui "orientent" le flux lumineux en rayons parallèles aux puits quantiques laisse plus de temps aux photons pour être absorbés sans avoir à empiler les puits quantiques sur une épaisseur qui fait qu'il est difficile pour les électrons de s'échapper. « Cette disposition, malgré la faible épaisseur de nos cellules, permet de capter beaucoup plus de photons avant qu'ils ne soient piégés, d'où l'augmentation du rendement », explique le professeur Edward Yu, responsable de l'équipe de chercheurs à la Jacobs School of Engineering.

« Nous avons démontré les concepts de base de cette technologie. Il va nous falloir maintenant plusieurs années pour la développer et la pousser à ses limites, car de nombreux aspects doivent encore être optimisés, avant de songer à une production industrielle », tempère-t-il.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.jacobsschool.ucsd.edu

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