Comment la lumière capturée dans une cellule solaire peut-elle être examinée expérimentalement ? Les scientifiques de Jülich ont réussi à regarder directement la propagation de la lumière dans une cellule solaire en utilisant une astuce. Les chercheurs en photovoltaïque travaillent sur des nanostructures périodiques qui captent efficacement une partie de la lumière solaire qui n'est normalement que mal absorbée.

Jusque récemment, le piégeage de la lumière au sein de cellules solaires périodiquement nanostructurées n'a pu être analysé qu'en utilisant des méthodes indirectes, car la lumière capturée n'est pas visible de l'extérieur de la cellule solaire. Cependant, l'effet tunnel mécanique quantique de la lumière permet de la suivre si un composant conducteur de lumière est amené extrêmement près de la surface de la cellule. Grâce à l'utilisation d'un embout en fibre de verre, les chercheurs ont pu mesurer la quantité de lumière qui avait réellement été capturée dans la cellule solaire à l'aide d'une méthode appelée microscopie optique en champ proche.

Le piégeage de la lumière joue un rôle particulièrement important dans l'optimisation des cellules solaires à couche mince. Ces cellules solaires sont plus faciles à fabriquer et nécessitent moins de matière que les cellules solaires cristallines classiques, mais ils ne sont pas encore aussi efficaces. La couche dans laquelle s'effectue la conversion d'énergie n'a qu'environ un millième de millimètre d'épaisseur. Par conséquent, les longueurs d'onde plus longues dans la région infrarouge ne sont que faiblement absorbées lorsque la cellule est exposée à la lumière directe du soleil.

Des couches d'interface à nanomotifs périodiques permettent une meilleure absorption de la lumière incidente. Ces interfaces couplent la lumière incidente dans la fine couche de silicium. Sur la base de la nouvelle approche expérimentale, des scientifiques de l'Institut de recherche sur l'énergie et le climat du Forschungszentrum Jülich ont montré qu'il existe un lien direct entre la nature de la nanostructure, l'absorption de longueurs d'onde spécifiques de la lumière, et en particulier le rendement de la cellule solaire. L'approche, présenté dans la revue spécialisée Lettres nano (DOI :10.1021/nl503249n), ouvre également une gamme de nouvelles possibilités pour étudier les composants nano-optiques appliqués.