En plaçant un miroir à base d’or sous les cellules photovoltaïques, des chercheurs ont augmenté le rendement des panneaux solaires ultrafins.
© André Violas, INL
Intégrer de l’or dans les panneaux solaires pour en réduire le coût peut sembler contre-intuitif, mais c’est la dernière découverte de chercheurs du Laboratoire international ibérique de nanotechnologie. Dans un article publié dans la revue Solar RRL, ils ont mis au point un nouveau type de panneau solaire ultrafin avec un meilleur rendement grâce à un nano-miroir à base d’or.
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Un “miroir nanostructuré” pour piéger la lumière
Les panneaux solaires ultrafins sont très prometteurs, car ils nécessitent moins de matériaux, sont plus rapides à produire et peuvent être ajoutés sur des surfaces incurvées ou flexibles. Toutefois, ils souffrent d’un défaut majeur : plus les cellules sont fines, moins elles peuvent absorber de lumière, laissant l’énergie s’échapper à l’arrière. Cela réduit considérablement leur rendement.
Cette nanostructure en forme de T a été créée grâce à la lithographie par nano-impression.
© André Violas, INL
La solution des chercheurs est d’ajouter un “miroir nanostructuré” sous la cellule qui réfléchit la lumière, réduisant les pertes d’énergie par l’arrière et permettant une seconde absorption. Ce miroir est composé d’une couche ultrafine d’or, de seulement 25 nanomètres d’épaisseur, recouverte d’un motif et encapsulée avec de l’oxyde d’aluminium. Ce dernier permet une passivation de l’interface, autrement dit, cela permet d’éviter les pertes d’énergie au niveau de la surface arrière en empêchant une recombinaison précoce des électrons.
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Cette architecture nous offre un moyen puissant de gérer la lumière et de réduire la recombinaison d’interface dans les dispositifs ultrafins, tout en conservant une fabrication pratique.
André Violas
Habituellement ce type de couche nécessite un procédé de nanofabrication très coûteux, mais les chercheurs ont réussi à simplifier le processus grâce à la lithographie par nano-impression en une étape. Cela devrait permettre une production à grande échelle.
Des résultats prometteurs
Testé sur des cellules photovoltaïques ultrafines de type ACIGS ((Ag,Cu)(In,Ga)Se₂), le miroir a augmenté le rendement de 1,5 point de pourcentage. Mieux encore, la température de fabrication de ces cellules est plus basse, seulement 450 degrés Celsius, en comparaison avec les cellules CIGS plus classiques qui nécessitent une température de plus de 530 degrés. Selon les chercheurs, cette différence permet d’éviter les problèmes de diffusion qui se produisent fréquemment avec les contacts à base d’or, et assure une compatibilité avec des substrats flexibles.
Cette avancée permet donc de résoudre deux problèmes simultanément : la passivation de l’interface et la gestion de la lumière (en piégeant et en réfléchissant les photons dans la cellule). Elle augmente de manière significative le rendement des panneaux solaires ultrafins, qui sont moins chers à produire et nettement plus légers que les panneaux classiques. Les chercheurs espèrent que cette technologie permettra l’adoption de panneaux solaires ultrafins à grande échelle, qui pourraient être intégrés sur des véhicules, des bâtiments ou de nombreux appareils mobiles.
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