Maintenant que les cellules solaires basées sur la technologie du silicium ont presque atteint leurs limites d'efficacité, des chercheurs du monde entier recherchent des technologies alternatives pour améliorer encore l'efficacité des cellules solaires. Des physiciens de l'AMOLF et de l'Université de Cambridge ont utilisé des techniques de modélisation pour comparer deux de ces technologies prometteuses :les multiplicateurs de photons à fission singulet et les cellules solaires en tandem. Alors que l'amélioration potentielle de l'efficacité est presque égale, le multiplicateur de photons de fission singulet s'est avéré plus stable dans des conditions météorologiques variables. Aussi, le multiplicateur de photons de fission singulet ne nécessite pas de modifications de la technologie silicium, ce qui signifie qu'il pourrait même être utilisé pour améliorer les cellules solaires existantes. Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans Lettres énergétiques ACS .

Au cours des 20 dernières années, l'efficacité des cellules solaires au silicium record produites en laboratoire n'a augmenté que de 2 %, et il sera très difficile d'apporter d'autres améliorations dans les années à venir. La raison principale est que les cellules solaires conventionnelles gaspillent une grande partie de la lumière solaire entrante. La technologie du silicium ne peut tout simplement pas convertir toute la lumière du soleil en énergie électrique car le silicium n'absorbe qu'une partie du spectre solaire. Aussi, les photons de haute énergie de la partie bleue du spectre ne sont pas convertis efficacement, et ils génèrent de la chaleur indésirable dans la cellule solaire.

A l'institut de recherche AMOLF, le groupe Hybrid Solar Cells dirigé par Bruno Ehrler étudie les propriétés des semi-conducteurs organiques pour surmonter les limitations des cellules solaires inorganiques (silicium). "Il existe deux stratégies prometteuses qui amélioreraient considérablement les cellules solaires, " dit le doctorant Moritz Futscher. " Le premier, technologie de cellules solaires tandem basée sur une combinaison de matériaux hybrides pérovskite et silicium, reçoit beaucoup d'attention et est largement étudié par des chercheurs du monde entier. Nous étudions également les pérovskites, mais nous sommes aussi l'un des rares groupes de recherche qui étudie la deuxième technologie, qui exploite un processus appelé fission singulet."

La fission singulet est un processus qui se produit uniquement dans les semi-conducteurs organiques. Lorsqu'un photon de haute énergie est absorbé, une particule de haute énergie appelée exciton singulet est générée. Cet exciton singulet se transforme en deux excitons triplets qui ont chacun environ la moitié de l'énergie de l'exciton singulet. « Avec cette approche, nous créons deux photons de basse énergie à partir d'un photon de haute énergie. Ces photons sont ensuite émis dans la cellule solaire sous-jacente via des points quantiques, de minuscules particules fabriquées à partir de semi-conducteurs, " explique Futscher. " De cette façon, La fission singulet sert de multiplicateur de photons."

Futscher et ses collègues ont théoriquement comparé des multiplicateurs de photons de fission singulet avec des cellules solaires en tandem qui utilisent une combinaison de pérovskites et de silicium dans des conditions météorologiques réelles. "Nous savons que les cellules solaires tandem fonctionnent très bien dans les régions ensoleillées, mais sous-performent dans les régions aux conditions météorologiques fluctuantes. Nous avons donc pris en compte la météo et le spectre solaire, " dit Futscher. " Nous avons constaté que la combinaison d'un multiplicateur de photons de fission singulet et de cellules solaires au silicium fonctionne aussi bien que la combinaison de pérovskites avec du silicium (en tandem). Cependant, dans les conditions météorologiques fluctuantes rencontrées aux Pays-Bas, le multiplicateur de photons de fission singulet s'avère être un choix plus stable."

Le fait que les cellules solaires à fission singulet fonctionnent potentiellement aussi bien que les cellules solaires en tandem - et même mieux, dans certaines circonstances, en fait une alternative très intéressante. "Ces multiplicateurs de photons sont faciles à fabriquer. Il s'agit essentiellement d'une fine feuille de plastique qui peut être placée au-dessus d'une cellule solaire existante. La technologie des cellules solaires elle-même n'a pas besoin d'être modifiée, " dit Futscher. " Bien que la technologie fonctionne mieux avec les dernières cellules solaires de pointe, une telle feuille de fission singulet permettrait même d'améliorer les performances des cellules solaires au silicium utilisées, surtout dans les conditions météorologiques variables auxquelles nous sommes confrontés aux Pays-Bas."