Un matériau quantique inédit pourrait décupler la production d'énergie des panneaux solaires

Un ingénieur intervient sur un panneau photovoltaïque.

Les chercheurs de l’université américaine de Lehigh ont réussi à mettre au point un matériau pouvant augmenter de 190% la production d’électricité des panneaux solaires. Il se place comme une couche active sur les cellules solaires.

L’énergie solaire constitue l’un des pans d’avenir de l’électricité verte. L’Agence internationale de l’énergie assure que le photovoltaïque représente à lui seul trois quarts de l’augmentation de capacité de production d’énergie renouvelable dans le monde en 2023.

Face à ce constat, des scientifiques de l’université de Lehigh (en Pennsylvanie, États-Unis) ont cherché à améliorer le rendement de la technologie photovoltaïque. Pour cela, ils ont mis au point un matériau quantique, indique Interesting Engineering. Il pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de panneaux solaires, bien plus efficaces.

Une efficacité quantique externe comprise entre 110 et plus de 190 %

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

Grâce à cet ajout, le prototype a été en mesure d’afficher “une absorption (des rayons lumineux, NDLR) de 80 %, un taux élevé de génération de porteurs photoexcités et une efficacité quantique externe (EQE) comprise entre 110 et plus de 190 % sur une large gamme de longueurs d’ondes solaires”, écrit le scientifique dans l’étude.

Ces résultats interpellent car ils dépassent la limite de Shockley-Queisser, qui détermine l’efficacité théorique maximale d’une cellule photovoltaïque. Cette loi établit en 1961 assure que seulement 33,7 % de la puissance contenue dans la lumière solaire pourra être transformée en électricité, dans le meilleur des cas. Or ici, ce sont environ 63 % de la puissance des rayons solaires qui ont été convertis en énergie.

“Ce travail représente une avancée significative dans notre compréhension et notre développement de solutions énergétiques durables. Il met en évidence des approches innovantes qui pourraient redéfinir l’efficacité et l’accessibilité de l’énergie solaire dans un avenir proche”, a déclaré Chinedu Ekuma dans un communiqué.

Récupérer l’énergie des photons perdue par les cellules solaires classiques

Le matériau quantique développé par l’université de Lehigh est obtenu en intercalant des atomes de cuivre zerovalents au sein des “espaces de van der Walls” (des espaces atomiquement petits) d’une hétérostructure bidimensionnelle associant du germanium, du sélénium et du sulfure d’étain.

Cette modification atomique permet au matériau de récupérer l’énergie des photons qui est traditionnellement perdue avec des cellules photovoltaïques classiques. D’où le dépassement de la limite de Shockey-Queisser.

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