Les chercheurs ont conçu un entonnoir de récolte de lumière qui absorbe la lumière du soleil dans toutes les directions et la concentre sur des zones plus petites, comme les cellules solaires haute performance. En empilant plusieurs entonnoirs, chacun réglé sur une longueur d'onde de lumière différente, les chercheurs s'attendent à ce qu'il soit possible de convertir l'ensemble du spectre solaire en électricité avec un rendement élevé.

Les scientifiques, dirigé par Peter Jomo Walla à l'Université de Braunschweig en Allemagne, ont publié un article sur les entonnoirs de récolte de lumière dans un récent numéro de Communication Nature .

Bien qu'il existe d'autres concentrateurs solaires qui collectent l'énergie du soleil sur de grandes surfaces et la dirigent vers des zones plus petites, ces appareils sont confrontés à certaines limitations. Par exemple, ils ne fonctionnent pas bien à l'ombre, au lieu de cela nécessitant une irradiation solaire directe, et par conséquent, ils reposent généralement sur des systèmes actifs de suivi du soleil.

La nature a montré, cependant, qu'il n'est pas impossible de concevoir un capteur solaire qui surmonte ces limitations. Dans les organismes vivants qui utilisent la photosynthèse, des centaines de pigments orientés au hasard absorbent les photons même de la lumière indirecte, et canaliser l'énergie vers un centre de réaction photosynthétique. Chaque étape de ce processus se déroule avec une efficacité de près de 100 %.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont modelé les nouveaux entonnoirs de récolte de lumière sur la conception de la nature. Les dispositifs se composent d'un grand nombre de pigments « donneurs » orientés de manière aléatoire qui peuvent absorber la lumière sous presque tous les angles d'incidence, et la canaliser sur un plus petit nombre de molécules « accepteuses » qui sont toutes orientées dans une seule direction afin de diriger la lumière sur un dispositif de photoconversion. Ce concept peut réduire les pertes intrinsèques des concentrateurs solaires précédents à moins de 10 %.

"En minimisant les mécanismes de perte intrinsèque des précédents concentrateurs de lumière, Je crois que nous avons trouvé un concept et une réalisation abordable qui peuvent aider à généraliser l'utilisation du précieux photovoltaïque haute performance, " Walla a dit Phys.org .

Dans les essais, les chercheurs ont démontré que le nouveau concentrateur solaire absorbe environ 99% de la lumière incidente, avec des pertes minimales dues à la réabsorption et à la réflexion. L'appareil a également une efficacité quantique de redirection de lumière de 80%, ce que les chercheurs notent est le paramètre le plus important car il dépend de la longueur d'onde particulière des photons.

À l'avenir, les chercheurs s'attendent à ce que ces appareils puissent être empilés les uns sur les autres, avec chaque appareil contenant différents pigments correspondant à différentes gammes spectrales de lumière solaire. Comme les matériaux de l'appareil sont abordables, une structure empilée pourrait conduire à un faible coût, méthode efficace de collecte de l'énergie du soleil sur l'ensemble du spectre solaire.

"Les pigments utilisés dans notre étude de preuve de principe ne couvrent actuellement que la gamme spectrale bleue et ne sont pas assez stables pour une exposition à long terme au soleil, " Walla a dit. " Cependant, notre concept permet de cribler une multitude de pigments stables supplémentaires de différentes couleurs pour leur capacité à agir soit comme collecteurs de lumière, soit comme redirecteurs de lumière. Nous sommes très enthousiastes à l'idée de trouver d'autres pigments appropriés et des architectures empilées pour finalement couvrir l'ensemble du spectre solaire avec un rendement élevé. »

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