Panneaux solaires : une découverte quantique pourrait faire sauter une limite, 130 % de rendement photovoltaïque !

Pour comprendre l’intérêt de cette découverte, faite par des chercheurs de l’Université de Kyushu au Japon et de l’Université Johannes Gutenberg (JGU) en Allemagne, il faut revenir au fonctionnement des panneaux actuels.

Lorsque les photons frappent une cellule solaire, il n’y a qu’une partie de l’énergie qui peut être utilisée. En effet, les photons infrarouges, peu énergétiques, n’activent pas les électrons, tandis que les photons bleus, très énergétiques, perdent rapidement leur surplus sous forme de chaleur.

Cette perte constitue la limite de Shockley-Queisser, qui fixe le rendement maximal des cellules photovoltaïques traditionnelles autour de 33 %. En clair, cela veut dire qu’il n’est pas possible de convertir plus du tiers de l’énergie solaire reçue.

Lire l’article

Présentée dans la revue Journal of the American Chemical Society, une nouvelle méthode promet un rendement bien supérieur.

130 % d’efficacité

Afin de dépasser cette limite, les chercheurs ont mis à profit un mécanisme quantique appelé fission de singulet. Concrètement, ce phénomène permet de mieux tirer parti des photons bleus en produisant deux excitations plus petites, mais toutes deux utilisables, donc sans gaspiller une partie de l’énergie en chaleur.

Autrement dit, un seul photon peut donner naissance à deux « paquets » d’énergie au lieu d’un seul. Ces paquets, appelés excitons, peuvent ensuite être transformés en courant électrique, ce qui augmente considérablement le rendement des panneaux. Cependant, ce processus de division énergétique se heurtait jusqu’ici à une barrière infranchissable car les excitons ont une durée de vie tellement courte qu’ils disparaissent avant d’avoir pu être capturés.

Une nouvelle méthode repousse les limites de l’efficacité des panneaux photovoltaïques grâce à une meilleure exploitation des photons. © andreas160578, Pixabay

Mieux exploiter la lumière

C’est là qu’intervient l’innovation décisive de cette étude. Pour remédier à ce problème, les chercheurs ont utilisé du tétracène, une molécule organique bien connue pour sa capacité à favoriser la fission de singulet, puis l’ont associé à un complexe métallique à base de molybdène, appelé émetteur à « retournement de spin », afin de capter l’énergie supplémentaire issue de la fission. Ce métal joue un rôle de piège ultra-rapide. À l’échelle quantique, il capture les excitons immédiatement après leur formation, avant qu’ils n’aient le temps de se dissiper.

Grâce à cette approche, l’équipe a réussi à obtenir en moyenne 1,3 état excité utile pour chaque photon absorbé, ce qui permet d’atteindre 130 % d’efficacité dans l’exploitation de lumière.

Lire l’article

Cette avancée ne signifie pas que les panneaux vont pouvoir fabriquer plus d’énergie qu’ils n’en reçoivent, mais qu’un seul photon de lumière pourra produire plus d’un état énergétique convertissable en électricité, ce qui ouvre la voie à des cellules solaires beaucoup plus efficaces.