Des études récentes ont démontré une amélioration de l’efficacité des cellules solaires et des records mondiaux pour les cellules extensibles.
Les cellules solaires sont sans aucun doute devenues de plus en plus intégrales dans le mix énergétique, mais elles ont encore beaucoup de potentiel de croissance. L’un des principaux problèmes est le faible rendement des cellules existantes sur le marché. De plus, les cellules actuelles sont limitées par leur rigidité structurelle, alors que des cellules solaires plus flexibles pourraient mieux convenir aux applications émergentes.
Les voitures solaires pourraient être une application des cellules solaires flexibles. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Toyota
Récemment, des études universitaires ont marqué d’importants progrès en termes d’efficacité et de flexibilité des cellules solaires. Voici un aperçu des études récentes et de la manière dont elles font avancer l’état de la discipline.
Matériaux pour l’efficacité des cellules solaires
Actuellement, les meilleures cellules solaires disponibles sur le marché ont un rendement d’environ 25 %, ce qui signifie que près des trois quarts de toute l’énergie solaire incidente ne sont pas capturés efficacement. Un moyen théorique d’améliorer ce rendement est de créer des cellules solaires multijonctions. Ces dispositifs assemblent plusieurs matériaux présentant des bandes interdites différentes pour atténuer la thermalisation des porteurs et les pertes d’absorption des cellules solaires classiques. Une telle cellule a un rendement théorique de plus de 50 %, ce qui constitue une amélioration significative par rapport aux technologies actuelles.
Bord d’absorption de l’alliage avec différentes concentrations de titane. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Kondrotas et al.
Pour concrétiser ces améliorations, une équipe de recherche a récemment synthétisé un nouveau matériau. En utilisant une réaction à l’état solide, le groupe a exploré une variété d’alliages de sélénure d’étain zirconium titane [Sn(Zr1−xTix)Se3] à des ratios variables de titane et de zirconium. Cette structure chimique a été choisie car elle ressemble étroitement à la structure ABX3 des matériaux pérovskites classiques. À l’aide d’une série de tests, le groupe a ensuite évalué les différentes caractéristiques structurales, optiques et électriques des différents ratios d’alliage.
L’une des principales conclusions de l’étude était que l’alliage avait une limite de stabilité structurelle jusqu’à un rapport Ti/(Ti+Zr) de 0,44. De plus, ils ont constaté que plus la concentration de titane était élevée, plus la bord d’absorption de l’alliage se déplaçait vers le spectre infrarouge. Les conclusions sont significatives car les cellules solaires actuelles ne captent pas la lumière infrarouge. Par conséquent, un alliage qui absorbe ce spectre pourrait conduire à une augmentation de l’efficacité.
Cellules solaires extensibles
L’émergence de dispositifs électroniques centrés sur l’humain, tels que les dispositifs portables, a suscité un intérêt croissant pour l’électronique extensible. Avec la capacité de s’adapter à des formes uniques, les appareils électroniques extensibles et flexibles pourraient ouvrir la voie à une nouvelle vague de dispositifs électroniques.
Dans ce cadre, l’intérêt pour le développement de cellules solaires durables capables de se déformer de manière significative sans sacrifier leur efficacité de conversion s’accroît. Des chercheurs du Korean Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ont récemment établi un record pour les cellules solaires extensibles.
Structure de la cellule solaire extensible de KAIST. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Lee et al.
Le groupe a mis au point un matériau polymère unique à partir de donneurs de polymères conjugués composés de blocs rigides et souples électroactifs. Grâce à ce matériau polymère spécialisé, le groupe a créé une cellule solaire capable de se déformer jusqu’à 40 % tout en maintenant des rendements de conversion photovoltaïques allant jusqu’à 19 %. De manière notable, ce matériau pourrait conserver jusqu’à 80 % de son efficacité lorsqu’il est étiré jusqu’à 31 % de contrainte.
La réalisation des chercheurs établit un record mondial d’efficacité pour les cellules solaires organiques dans les déformations données et pourrait avoir de grandes implications pour l’avenir de l’électronique portable durable.
Vers un avenir durable
À mesure que les énergies renouvelables occupent une place de plus en plus importante, les études visant à améliorer l’efficacité des cellules solaires et à développer des cellules plus polyvalentes et flexibles sont indispensables. Les innovations dans la technologie des cellules solaires pourraient avoir d’importantes implications en termes d’efficacité et d’applicabilité de la technologie solaire.