Des ingénieurs viennent de créer les cellules solaires les plus efficaces jamais réalisées

Des ingénieurs australiens nous ont rapprochés plus que jamais des limites théoriques de la conversion de la lumière du soleil en électricité, en construisant des cellules photovoltaïques capables de récolter un pourcentage inouï de 34,5 % de l’énergie du soleil sans concentrateur, établissant ainsi un nouveau record mondial.

Le précédent record de 24 % était détenu par une grande cellule solaire de 800 centimètres carrés produite par une entreprise américaine, mais ces nouvelles cellules photovoltaïques ne sont pas seulement plus efficaces, elles couvrent également une surface bien moindre, ce qui signifie qu’elles vont rendre l’énergie solaire encore moins chère.

“Ce résultat encourageant montre qu’il y a encore des progrès à faire dans la recherche sur le photovoltaïque pour rendre les cellules solaires encore plus efficaces”, a déclaré l’un des chercheurs, Mark Keevers, de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) à Sydney. “Extraire plus d’énergie de chaque rayon de soleil est essentiel pour réduire le coût de l’électricité produite par les cellules solaires, car cela permet de diminuer l’investissement nécessaire et d’obtenir un retour sur investissement plus rapide.”

Cette équipe de l’UNSW est la même que celle qui a établi un nouveau record de conversion solaire en 2014, en utilisant des miroirs pour concentrer la lumière du soleil et atteindre un rendement de 40 %. Mais ce nouveau record est encore plus impressionnant, car il n’impliquait aucune concentration, et c’est quelque chose que les ingénieurs ne s’attendaient pas à réaliser depuis plusieurs décennies.

“Une étude récente du groupe de réflexion allemand Agora Energiewende a fixé un objectif agressif de 35 % d’efficacité d’ici 2050 pour un module utilisant la lumière solaire non concentrée, comme ceux qui équipent habituellement les maisons familiales”, a déclaré l’un des chercheurs, Martin Green. “Les choses évoluent donc plus rapidement en matière d’efficacité des cellules solaires que ne le prévoyaient de nombreux experts.”

La nouvelle cellule ne mesure que 28 centimètres carrés (11 pouces carrés) et fonctionne en divisant la lumière solaire entrante en quatre bandes.

La bande infrarouge de cette lumière est réfléchie vers une cellule solaire en silicium, et les trois autres bandes sont dirigées vers un nouveau type de cellule solaire à trois couches, composée de phosphure d’indium-gallium, d’arséniure d’indium-gallium et de germanium.

La lumière du soleil traverse chacune de ces couches, ou jonctions, et l’énergie est extraite par chacune à sa longueur d’onde la plus efficace. Toute lumière non utilisée passe à la couche suivante, et ainsi de suite, afin de tirer le meilleur parti de chaque rayon.

Vous pouvez voir un diagramme de ce à quoi cela ressemble ci-dessous :

UNSW Engineering

Pour être clair, ces cellules solaires à quatre jonctions ne sont pas près de se retrouver sur le toit de votre maison ou de votre bureau. Elles sont plus difficiles à entretenir et plus coûteuses que les cellules solaires standard à simple jonction auxquelles nous sommes habitués.

Mais ce type de cellule photovoltaïque est idéal pour les tours solaires, qui utilisent des miroirs pour concentrer la lumière du soleil sur une série de cellules, puis la convertissent directement en électricité, souvent par le biais de la chaleur – comme c’est le cas dans cette centrale solaire géante du Maroc, ou dans ce système record en Suède et au Royaume-Uni

L’équipe cherche maintenant à augmenter l’échelle de ses cellules solaires et à voir quel genre de résultats elle peut obtenir lorsqu’elles mesurent 800 centimètres carrés, comme les précédents détenteurs du record.

À l’heure actuelle, la limite théorique d’un dispositif à quatre jonctions est estimée à 53 %, ce qui signifie que, même avec leur minuscule cellule, l’équipe de l’UNSW a fait les deux tiers du chemin.

“Il y aura une perte marginale due à l’interconnexion lors de la mise à l’échelle, mais nous sommes si avancés que c’est tout à fait faisable”, a déclaré M. Keevers.

Le potentiel de cette nouvelle technologie, une fois qu’elle sera appliquée aux centrales solaires à grande échelle, sera très intéressant pour le coût déjà en baisse de l’électricité solaire, et nous sommes impatients de voir ce qui va se passer.

Le rendement record de 34,5 % a été confirmé par le National Renewable Energy Laboratory des États-Unis, et les chercheurs attendent l’examen par les pairs.

UNSW Engineering est un sponsor de ScienceAlert. Pour en savoir plus sur leurs recherches.