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Une nouvelle méthode pourrait augmenter considérablement l'efficacité de l'énergie solaire

Une nouvelle méthode pourrait augmenter considérablement l'efficacité de l'énergie solaire

Un panneau solaire photovoltaïque avec le soleil qui se couche en arrière-planAndree_Nery / iStock

Les cellules solaires traditionnelles à base de silicium ont une limite absolue d'efficacité globale - en principe, un seul photon de lumière ne devrait pouvoir détacher qu'un seul électron, même si ce photon transporte le double de l'énergie nécessaire pour le faire.

Maintenant, cependant, les chercheurs ont présenté une nouvelle façon d'obtenir des photons à haute énergie frappant le silicium pour éliminer deux électrons au lieu d'un.

Ces résultats, publiés dans la revue La nature, ont ouvert la voie à une nouvelle forme d'énergie solaire nettement plus efficace.

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Diviser l'énergie d'un photon

Les cellules de puissance classiques en silicium ont une efficacité maximale théorique absolue d'environ 29,1% de conversion d'énergie solaire.

La nouvelle approche, qui a été développée pendant plusieurs années par des chercheurs du MIT et d'autres organisations, pourrait de manière réaliste franchir cette limite.

La clé pour obtenir deux électrons d'un photon provient d'une classe de matériaux qui possèdent des «états excités» justement appelés excitons, a déclaré Marc Baldo, professeur de génie électrique et d'informatique sur le projet, dans un communiqué de presse.

Dans les excitons, "ces paquets d'énergie se propagent comme les électrons d'un circuit. Vous pouvez les utiliser pour changer d'énergie - vous pouvez les couper en deux, vous pouvez les combiner."

Les chercheurs ont réalisé un processus appelé fission d'exciton singulet, qui permet aux photons de la lumière du soleil d'être divisés en deux paquets d'énergie séparés, se déplaçant indépendamment.

Premièrement, le matériau absorbe un photon, formant un exciton qui subit rapidement une fission en deux états excités, chacun avec la moitié de l'énergie de l'état d'origine.

Le véritable accomplissement, cependant, a été que les scientifiques ont ensuite pu coupler cette énergie en silicium, un matériau qui n'est pas excitonique. Ceci était permis par une fine couche intermédiaire d'oxynitrure d'hafnium, de seulement quelques atomes d'épaisseur, à la surface du silicium.

La couche d'oxynitrure d'hafnium a agi comme un "joli pont" pour les états excités, dit Baldo, permettant aux photons individuels à haute énergie de libérer deux électrons dans la cellule de silicium.

Optimiser les cellules de silicium

Ceci, en théorie, produit une production beaucoup plus grande de l'énergie reçue de la lumière du soleil. Cela constituerait une augmentation de la puissance produite par la cellule solaire du maximum théorique de 29,1%, jusqu'à un nouveau maximum d'environ 35%.

Cependant, une étape reste pour les chercheurs: «Nous devons encore optimiser les cellules de silicium pour ce processus», déclare Baldo.

Des travaux doivent être faits pour stabiliser les batteries pour en assurer la durabilité et les optimiser pour la nouvelle méthode, de sorte que les applications commerciales sont probablement encore dans quelques années.

Malgré cela, leur travail est très prometteur pour améliorer la production d'énergie solaire pour l'avenir.

Les résultats ont été publiés hier dans le journalLa nature, dans un article de l'étudiant diplômé Markus Einzinger, du professeur de chimie Moungi Bawendi, du professeur d'électrotechnique et d'informatique Marc Baldo et de huit autres au MIT et à l'Université de Princeton.


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