De futurs panneaux solaires produisant de l’électricité jour…. et nuit?

Depuis son invention en 1955, le panneau solaire composé de cellules photovoltaïques permet la conversion des rayons du soleil en électricité. Comme le premier modèle de panneau solaire, les cellules photovoltaïques actuelles sont encore fabriquées en silicium. Toutefois, l’utilisation de ce matériau limite l’efficacité du panneau solaire à 32 %. Cette limitation est nommée Shockley-Queisser et est caractérisée par la production de chaleur découlant de la perte d’énergie causée par un manque d’efficacité du panneau solaire. La chaleur est engendrée parce que les cellules solaires classiques absorbent le spectre complet de lumière visible. Toute inefficacité du panneau augmente donc sa température dès qu’il est placé sous la lumière du soleil. Et à mesure que la température du panneau augmente, le rayonnement sortant et la perte de chaleur par conduction et convection augmentent également jusqu’à ce qu’un équilibre soit atteint. Le panneau solaire ne fonctionne donc pas à un rendement maximal.

Afin de régler ce problème, différentes recherches sont réalisées dont l’utilisation de plusieurs couches de silicium. Toutefois, les coûts de ce type de panneaux solaires sont plus importants en raison de l’ajout de matériau. Il existe aussi des cellules photovoltaïques combinées à un système de récupération de chaleur qu’on nomme panneau solaire hybride ou cellules photovoltaïques thermiques, dont l’efficacité maximale atteinte à ce jour est de 46 %.

Un étudiant au doctorat et des chercheurs du MIT, David Bierman, Marin Soljačić et Evelyn Wang, ont décidé de modifier complètement le processus de transformation des rayons de soleil en électricité utilisé depuis plus de 60 ans. En effet, ces chercheurs ont décidé de convertir les rayons du soleil en chaleur pour ensuite transformer cette dernière à nouveau en lumière. Ces chercheurs ont créé un dispositif composé de deux couches. La première couche est composée de nanotubes de carbone. Elle capte l’intégralité du spectre de la lumière visible et la transforme en chaleur. La deuxième couche est composée de cristaux photoniques. Dans ce dispositif, la chaleur ne réduit pas l’efficacité de la cellule, car lorsque la seconde couche atteint une température d’environ 1000 °C, elle produit un nouveau rayonnement.

Ce rayonnement possède les caractéristiques optimales pour la cellule photovoltaïque, soit un spectre de lumière réduit. Cette nouvelle technologie comporte aussi un filtre optique qui permet de refléter la quasi-totalité des photons qui ne sont pas utilisés par les couches du dispositif. Les chercheurs rapportent que ce filtre permet de recycler des photons inutilisés, car il permet de créer plus de chaleur et donc plus de lumière à absorber dans la seconde couche. Par le fait même, ce processus permet d’améliorer l’efficacité de cette technologie. À ce jour, les chercheurs mentionnent que l’efficacité théorique de cette technologie dépasserait les 80 %!

Cette technologie prometteuse comporte quelques limitations, par exemple son coût de fabrication. Toutefois, l’augmentation de l’efficacité des panneaux est telle que le dispositif pourrait quand même s’avérer rentable. De plus, la chaleur peut être emmagasinée et conservée beaucoup plus facilement que l’électricité. C’est pourquoi les chercheurs étudient aussi la possibilité de conserver dans des systèmes de stockage thermique la chaleur supplémentaire et ainsi produire de l’électricité lorsque le soleil est couché.

Plus d’information sur cette recherche peut être obtenue ici.