Un nouveau matériau quantique pourrait décupler la production d’énergie des panneaux solaires

L’énergie solaire constitue l’un des futurs axes de l’électricité verte. L’Agence internationale de l’énergie assure que le photovoltaïque représente à lui seul les trois quarts de l’augmentation des capacités de production d’énergies renouvelables dans le monde en 2023.

Face à ce constat, des scientifiques de l’université de Lehigh (en Pennsylvanie, aux États-Unis) ont cherché à améliorer l’efficacité de la technologie photovoltaïque. Pour cela, ils ont développé un matériau quantique, indique Ingénierie intéressante. Cela pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de panneaux solaires beaucoup plus efficaces.

Efficacité quantique externe comprise entre 110 et plus de 190 %

Dans une étude publiée dans Avancées scientifiques, le professeur Chinedu Ekuma de l’université de Lehigh détaille les recherches qu’il a menées autour de ce matériau quantique intégré au panneau solaire sous forme de couche active. Toute l’ambition du matériau est d’optimiser la manière dont les photons, les particules émises par le Soleil via son rayonnement, interagissent avec les cellules photovoltaïques.

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Avec cet ajout, le prototype a pu afficher «une absorption (des rayons lumineux, ndlr) de 80 %, un taux élevé de génération de porteurs photoexcités et un rendement quantique externe (EQE) compris entre 110 et plus de 190 % sur une large gamme de longueurs d’onde solaires.écrit le scientifique dans l’étude.

Ces résultats sont frappants car ils dépassent la limite de Shockley-Queisser, qui détermine le rendement théorique maximal d’une cellule photovoltaïque. Cette loi établie en 1961 garantit que seulement 33,7 % de la puissance contenue dans la lumière solaire peut être transformée en électricité, dans le meilleur des cas. Or, ici, environ 63 % de la puissance des rayons solaires a été convertie en énergie.

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« Ce travail représente une avancée significative dans notre compréhension et le développement de solutions énergétiques durables. Il met en lumière des approches innovantes qui pourraient redéfinir l’efficacité et l’abordabilité de l’énergie solaire dans un avenir proche. »dit Chinedu Ekuma dans un communiqué.

Récupérer l’énergie photonique perdue par les cellules solaires conventionnelles

Le matériau quantique développé par l’Université de Lehigh est obtenu en intercalant des atomes de cuivre zérovalents dans les « espaces de van der Walls » (espaces atomiquement petits) d’une hétérostructure bidimensionnelle combinant germanium, sélénium et sulfure. ‘étain.

Cette modification atomique permet au matériau de récupérer l’énergie photonique traditionnellement perdue avec les cellules photovoltaïques conventionnelles. D’où le dépassement de la limite Shockey-Queisser.

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Cependant, l’intégration de ce nouveau matériau dans les systèmes existants nécessitera davantage de recherche et de développement. Mais le professeur Ekuma assure que le matériau constitue un très bon candidat pour le développement d’une nouvelle génération de cellules solaires.