Une nouvelle technologie pour augmenter l’efficacité des cellules solaires

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À l’heure où les enjeux climatiques et environnementaux sont de plus en plus importants, les panneaux solaires représentent une solution très convoitée pour récupérer de l’énergie. Mais leur impact financier et l’utilisation de matériaux non renouvelables dans leur construction restent encore les principaux freins pour une utilisation plus importante des cellules photovoltaïques. Les chercheurs d’une université norvégienne semblent cependant avoir trouvé une solution à ce problème avec une nouvelle méthode très efficiente, rendant les panneaux solaires photovoltaïques deux fois plus efficaces et moins chers que ceux présents actuellement sur le marché.
Retour sur cette solution étonnante.

Une méthode novatrice

Actuellement, l’arséniure de gallium (GaAs) est l’un des composés semi-conducteurs III-V les plus fréquemment utilisés dans l’industrie pour la construction de cellules photovoltaïques. En effet, il est souvent considéré comme le meilleur matériel pour la production de cellules solaires grâce à la qualité de sa capacité d’absorption lumineuse mais également car il possède de très bonnes caractéristiques électriques. Il est également souvent utilisé pour fabriquer des panneaux solaires principalement destinés à être envoyés dans l’espace. Mais malgré ces extraordinaires atouts, les cellules solaires GaAs restent très coûteuses à produire.

Pour minimiser ce coût, des chercheurs de l’Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU) ont développé une toute nouvelle méthode pour fabriquer une cellule solaire à haut rendement. C’est dans une publication sur Photonique ACS, un journal de l’American Chemical Society, que les chercheurs ont expliqué avoir découvert qu’une structure à base de nanofils semi-conducteurs permettrait d’obtenir des cellules solaires plus efficaces, le tout en n’utilisant qu’une petite fraction du matériau normalement utilisé.

Pour doubler l’efficacité des cellules solaires en silicium à faible coût, il faudrait placer cette structure de semi-conducteurs à nanofils, cultivés directement à l’université, au-dessus d’une cellule solaire traditionnelle à base de silicium (Si). « La solution la plus rentable et la plus efficace consiste à faire croître une double cellule en tandem, avec une cellule GaAs à nanofils en haut sur une cellule classique en silicium en-dessous, ce qui évite l’utilisation d’un substrat GaAs coûteux. », a expliqué dans un communiqué, Helge Weman, professeur au Département des systèmes électroniques de NTNU. Une nouvelle méthode qui pourrait révolutionner le secteur de l’énergie solaire.

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De nombreux avantages

La découverte de cette nouvelle méthode possède de nombreux atouts pour faire partie des technologies futures développées dans les panneaux photovoltaïques.

En effet, avec cette méthode, les chercheurs se sont aperçus qu’en utilisant de l’arséniure de gallium contenu dans des nanofils, une cellule photovoltaïque pouvait être 10 fois plus efficace que les autres. « Le faible encombrement de la structure du nanofil offre un avantage supplémentaire car il permet des cristaux de haute qualité dans le nanofil et une interface avec le silicium. », a déclaré Bjorn-Ove Fimland, professeur dans le même département. De quoi améliorer le rendement du système global de près de 40 %, le double de celui des cellules photovoltaïques au silicium commercialisées actuellement.

Cette méthode a également l’avantage d’être favorable à une industrialisation. Ici, pour faire pousser les nanofils d’arséniure de gallium, les chercheurs utilisent une méthode appelée épitaxie par jet modulaire (MBE), qui n’est malheureusement pas adaptée à la production de gros volumes de matériaux. Cependant, il est néanmoins possible de produire ces cellules photovoltaïques en utilisant un outil à l’échelle industrielle comme l’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). Ainsi, il est possible d’augmenter la production des cellules solaires qui pourraient être produites en série à grande échelle.

Grâce à la nanostructuration de l’arséniure de gallium, le coût financier de la fabrication est aussi nettement diminué, supprimant de ce fait l’un des plus gros freins du recours aux panneaux solaires. Enfin, en utilisant moins de matériaux, cette méthode améliore l’impact environnemental des panneaux photovoltaïques.

Diverses utilisations prévues

La prochaine étape consistera dans la commercialisation de la nouvelle cellule photovoltaïque pour les professionnels, mais également pour les particuliers. Selon les chercheurs, leur méthode pourrait également être modifiée pour faire croître des nanofils sur divers substrats, permettant ainsi d’ouvrir la porte à de nombreuses applications.

L’équipe vise également des applications dans le marché de l’espace. Les chercheurs étudient la croissance de ce type de structure légère de nanofils sur des substrats bidimensionnels atomiquement minces, car constitués d’une seule couche d’atomes, tels que le graphène. Le but ici est de proposer de multiples opportunités pour produire des cellules solaires légères et flexibles, qui pourraient ensuite être utilisées sur des drones auto-alimentés, des micro-satellites ou d’autres applications spatiales.

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Avec cette nouvelle méthode, le secteur de l’énergie solaire pourrait bénéficier d’un véritable atout, aussi bien en termes de coût, que d’efficacité. Le tout en minimisant l’impact environnemental de la fabrication des cellules photovoltaïques. Cette solution permettra d’ancrer encore un peu plus l’énergie solaire au sein des énergies renouvelables, solutions clés de la transition énergétique.