Un matériau quantique qui accroît de 190 % le rendement des panneaux solaires

En 2023 et d’après un rapport de l’Agence internationale de l’énergie (IAE), la production d’énergie renouvelable a augmenté d’environ 50 % par rapport à l’année précédente, atteignant un total de 510 gigawatts (GW). Cela représente le taux de croissance le plus élevé enregistré au cours des vingt dernières années. Malgré ces chiffres très encourageants, la part du solaire dans la production d’électricité verte doit encore augmenter significativement pour qu’elle puisse atteindre l’objectif de la COP28, à savoir tripler les capacités en termes d’EnR jusqu’en 2030. Afin d’optimiser l’efficacité des panneaux solaires et contribuer à la hausse de la production d’électricité, des chercheurs américains de l’université Lehigh ont mis au point un matériau quantique révolutionnaire. Celui-ci améliorerait grandement le rendement des cellules photovoltaïques.

Une efficacité quantique externe de 190 %

Se présentant sous la forme d’une couche active, le nouveau matériau développé par les chercheurs américains est capable d’absorber jusqu’à 80 % des rayons lumineux du soleil. Par ailleurs, son efficacité quantique externe (EQE) est estimée à 190 %, ce qui est nettement plus élevé que celle des cellules photovoltaïques traditionnelles. En effet, les panneaux solaires proposés actuellement sur le marché ont, dans la majorité des cas, une EQE de 100 % et peuvent donc générer et collecter uniquement un électron pour chaque photon absorbé. Selon le professeur Chinedu Ekuma, un spécialiste de la physique de la matière condensée, les travaux menés sur ce matériau constituent une importante avancée dans la compréhension, mais également dans la mise en place de solutions énergétiques durables. Ils mettent en avant des approches qui pourraient jouer un rôle prépondérant dans l’efficacité et l’accessibilité de l’énergie solaire dans un avenir proche.

Un matériau permettant de convertir efficacement l’énergie solaire

L’efficacité de ce matériau innovant réside dans ses « états de bande intermédiaire ». Ils ont des niveaux d’énergie spécifiques compris de 0,78 à 1,26 électron-volts, et permettent de convertir plus efficacement l’énergie solaire. À noter que ce matériau révolutionnaire a subi une modification atomique, en utilisant des « espaces de van der Walls ». Les scientifiques américains ont intercalé des atomes de cuivre zérovalent entre les couches d’une hétérostructure bidimensionnelle constituée de séléniure de germanium et de sulfate d’étain. Grâce à l’ajustement de ses propriétés, le matériau permet de capter l’énergie des photons, généralement perdue sur des cellules photovoltaïques classiques, et d’aller au-delà de la limite théorique de Shockley-Queisser. Cette dernière fixe l’efficacité maximale de conversion d’une cellule photovoltaïque à 33,7 %. Pourtant, le matériau conçu par les chercheurs de l’université Lehigh permet de convertir en énergie approximativement 63 % des rayons du soleil.

Encore en phase de recherche et de développement

Chinedu Ekuma a décidé de développer le prototype de la couche active, après avoir obtenu d’excellents résultats lors de la modélisation informatique du dispositif. Pour l’instant, le matériau créé par le professeur et Srihari Kastuar, un doctorant de l’université Lehigh, n’est qu’en phase de concept et aucune date n’a été communiquée concernant sa commercialisation. Son intégration dans des dispositifs existants nécessiterait encore des travaux de recherche et développement. Cependant, d’après Ekuma, les techniques expérimentales permettant d’utiliser les « espaces de van der Walls » pour insérer des atomes ou des molécules dans des matériaux sont aujourd’hui maîtrisées par de nombreux scientifiques. Plus d’informations sur cette étude scientifique. Pensez-vous que nous verrons un jour des panneaux solaires avec de tels rendements ? Je vous invite à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .