L'avenir s'éclaircit pour l'énergie solaire. Des chercheurs de CU Boulder ont créé une cellule solaire à faible coût avec l'une des efficacités de conversion d'énergie les plus élevées à ce jour, en superposant des cellules et en utilisant une combinaison unique d'éléments.

« Nous avons pris un produit responsable d'une industrie de 30 milliards de dollars par an et l'avons amélioré de 30 %, " a déclaré Michael McGehee, professeur au Département de génie chimique et biologique et co-auteur d'un article, à paraître demain dans Science , qui décrit la technologie. "C'est un gros problème."

Les chercheurs ont pris une cellule solaire pérovskite, une structure cristalline conçue pour récolter des photons d'énergie plus élevée, et l'a superposé sur une cellule solaire en silicium, qui capture plus de photons dans la partie infrarouge du spectre, qui est composée d'énergie rayonnante que nous ne pouvons pas voir, mais nous pouvons ressentir de la chaleur. Combiné, la pérovskite élève une cellule solaire au silicium à 21 % jusqu'à un rendement de 27 %, ce qui l'augmente d'un tiers.

Pendant des années, les cellules solaires au silicium ont été la norme dans l'industrie de l'énergie solaire. Mais les cellules à base de silicium actuelles ne convertissent en moyenne que 18 à 21 % de l'énergie solaire en électricité utilisable, et ils atteignent un maximum d'environ 26,6%.

Cela signifie qu'il coûte désormais plus cher d'installer les cellules que de les acheter, dit McGehee, membre du Renewable &Sustainable Energy Institute.

Le rendement moyen des panneaux solaires est inférieur au rendement maximum, car peu importe la qualité d'un individu, petite cellule solaire est, il perdra environ trois points de pourcentage lorsqu'il est appliqué sur un large panel, un peu comme une équipe sportive n'étant aussi bonne que son joueur moyen. Mais si vous pouvez augmenter l'efficacité globale, vous n'avez pas besoin d'installer autant de panneaux pour obtenir la même quantité de puissance.

Ce qui améliore considérablement l'efficacité, c'est de mettre une autre cellule solaire au-dessus d'une cellule existante, et c'est exactement ce que McGehee et ses collègues chercheurs ont fait.

Une formule secrète abordable

Ce n'est pas la première fois que des chercheurs superposent des cellules solaires pour gagner en efficacité. Le concept, également appelées cellules solaires tandem ou multijonctions, a été introduit pour la première fois dans les années 1970 et le record mondial d'efficacité des cellules solaires est déjà supérieur à 45%. Cependant, il est venu à un prix élevé :80 $, 000 par mètre carré, en raison du fait que les cellules ont été cultivées une couche atomique à la fois, créer un grand, monocristal. Probablement pas un coût que le propriétaire moyen ou une entreprise peut se permettre.

McGehee et ses collègues chercheurs sont les pionniers d'une nouvelle direction des cellules solaires en couches, en utilisant des pérovskites, qui coûtent plus de cent fois moins cher.

Ils ont commencé il y a moins de 10 ans avec le concept d'utiliser des matériaux moins chers au-dessus du silicium, et au début seulement atteint environ 13% d'efficacité. Mais grâce aux améliorations technologiques, ils ont pu plus que doubler ce nombre.

Leur formule secrète implique un alliage triple halogénure unique de chlore, brome, et l'iode.

Dans les cellules solaires, il y a une bande interdite idéale, selon McGehee. C'est l'espace entre les niveaux d'énergie dans un semi-conducteur, entre lesquels les électrons sautent et créent de l'énergie électrique.

Le brome peut augmenter cette bande interdite, mais lorsqu'il est utilisé avec de l'iode et exposé à la lumière, ces éléments ne restent pas toujours en place. Des études antérieures ont essayé d'utiliser le chlore et l'iode ensemble, mais en raison des tailles de particules différentes de ces éléments, pas assez de chlore pouvait entrer dans la structure cristalline de la pérovskite. Mais en utilisant différentes quantités de chlore, brome, et de l'iode, les chercheurs ont trouvé un moyen de rétrécir la structure cristalline, permettant à plus de chlore de s'intégrer—stabilisant et améliorant l'efficacité de la cellule.

Les pérovskites sont également bon marché, pas énergivore à fabriquer et facile à créer en laboratoire. Et même après 1000 heures - ou presque 42 jours - de tests intensifs de lumière et de chaleur, ces nouvelles cellules solaires ont montré un changement minime de leur efficacité initiale.

Avec une croissance du marché de l'énergie solaire d'environ 30% par an, Efficacité, le coût et la longévité sont des considérations majeures pour lesquelles les nouvelles technologies deviendront courantes.

McGehee est optimiste quant au potentiel de cette large bande interdite, cellule solaire à pérovskite en couches.

Non seulement a-t-elle maintenant dépassé l'efficacité maximale d'une cellule solaire uniquement au silicium, "nous pensons qu'il peut nous prendre plus de 30% d'efficacité et qu'il peut être stable, " dit McGehee.