La plupart des panneaux solaires actuels captent la lumière du soleil et la convertissent en électricité uniquement du côté tourné vers le ciel. Si le dessous sombre d'un panneau solaire pouvait également convertir la lumière du soleil réfléchie par le sol, encore plus d'électricité pourrait être produite.

Les cellules solaires double face permettent déjà aux panneaux de s'asseoir verticalement sur le sol ou sur les toits et même horizontalement comme la verrière d'une station-service, mais on ne sait pas exactement combien d'électricité ces panneaux pourraient finalement générer ou l'argent qu'ils pourraient économiser.

Une nouvelle formule thermodynamique révèle que les cellules bifaciales constituant les panneaux double face génèrent en moyenne 15 à 20 % de lumière solaire en plus en électricité que les cellules monofaciales des panneaux solaires unilatéraux d'aujourd'hui, en tenant compte des différents terrains tels que l'herbe, sable, béton et terre.

La formule, développé par deux physiciens de l'Université Purdue, peut être utilisé pour calculer en quelques minutes le maximum d'électricité que les cellules solaires bifaciales pourraient générer dans une variété d'environnements, défini par une limite thermodynamique.

"La formule implique juste un simple triangle, mais distiller le problème de physique extrêmement compliqué à cette formulation élégamment simple a nécessité des années de modélisation et de recherche. Ce triangle aidera les entreprises à prendre de meilleures décisions sur les investissements dans les cellules solaires de nouvelle génération et à comprendre comment les concevoir pour être plus efficaces, " a dit Muhammad " Ashraf " Alam, Professeur Jai N. Gupta de Purdue en génie électrique et informatique.

Dans un article publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , Alam et co-auteur Ryyan Khan, aujourd'hui professeur assistant à l'East West University au Bangladesh, montrent également comment la formule peut être utilisée pour calculer les limites thermodynamiques de toutes les cellules solaires développées au cours des 50 dernières années. Ces résultats peuvent être généralisés aux technologies susceptibles d'être développées au cours des 20 à 30 prochaines années.

L'espoir est que ces calculs aideraient les fermes solaires à tirer pleinement parti des cellules bifaciales plus tôt dans leur utilisation.

« Il a fallu près de 50 ans pour que les cellules monofaciales apparaissent sur le terrain de manière rentable, " Alam a dit. " La technologie a été un succès remarquable, mais nous savons maintenant que nous ne pouvons plus augmenter significativement leur efficacité ou réduire les coûts. Notre formule guidera et accélérera le développement de la technologie bifaciale à une échelle de temps plus rapide."

L'article a peut-être réglé les calculs juste à temps :les experts estiment que d'ici 2030, Les cellules solaires bifaciales représenteront près de la moitié de la part de marché des panneaux solaires dans le monde.

L'approche d'Alam est appelée le "triangle de Shockley-Queisser, " puisqu'il s'appuie sur les prédictions faites par les chercheurs William Shockley et Hans-Joachim Queisser sur l'efficacité théorique maximale d'une cellule solaire monofaciale. Ce point maximum, ou la limite thermodynamique, peut être identifié sur un graphique linéaire en pente descendante qui forme un triangle.

La formule montre que le gain d'efficacité des cellules solaires bifaciales augmente avec la lumière réfléchie par une surface. Beaucoup plus de puissance serait convertie à partir de la lumière réfléchie par le béton, par exemple, par rapport à une surface avec de la végétation.

Les chercheurs utilisent la formule pour recommander de meilleures conceptions bifaciales pour les panneaux sur les terres agricoles et les fenêtres des bâtiments dans les villes densément peuplées. Transparent, des panneaux double face permettent de générer de l'énergie solaire sur les terres agricoles sans projeter d'ombres qui bloqueraient la production agricole. Pendant ce temps, la création de fenêtres bifaciales pour les bâtiments aiderait les villes à utiliser davantage d'énergies renouvelables.

L'article recommande également des moyens de maximiser le potentiel des cellules bifaciales en manipulant le nombre de frontières entre les matériaux semi-conducteurs, appelés jonctions, qui facilitent la circulation de l'électricité. Les cellules bifaciales à jonctions simples offrent le gain d'efficacité le plus important par rapport aux cellules monofaciales.

"Le gain relatif est faible, mais le gain absolu est significatif. Vous perdez le bénéfice relatif initial à mesure que vous augmentez le nombre de jonctions, mais le gain absolu continue d'augmenter, " Khan a dit.

La formule, détaillé dans le document, a été minutieusement validé et est prêt à être utilisé par les entreprises lorsqu'elles décident de la manière de concevoir des cellules bifaciales.