Des chercheurs américains ont récemment dévoilé une cellule solaire à puits quantiques affichant une efficacité de près de 40 %. Soit le rendement le plus élevé, tous types de cellules solaires confondus, jamais atteint en conditions réelles.
Un rendement record
Si des cellules photovoltaïques expérimentales avaient précédemment atteint des rendements allant jusqu’à 47 %, ces performances avaient été réalisées sous un éclairage très concentré.
Décrit dans la revue Joule, ce nouveau dispositif développé par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) a affiché un rendement de 39,5 % dans des conditions d’éclairage semblables à celles du Soleil, offrant un bien meilleur aperçu de ses performances dans le monde réel.
À titre de comparaison, les cellules solaires en silicium couramment utilisées et les cellules solaires en pérovskite affichent un rendement « réel » maximal d’environ 25 %, tandis que celui des cellules solaires tandem, qui combinent les deux matériaux, frôle les 30 %.
Lors d’expériences visant à évaluer ses performances dans l’espace, la « cellule multijonction métamorphique inversée » du NREL a atteint un rendement respectable de 34,2 %, ouvrant la voie à son utilisation pour alimenter des satellites et autres engins spatiaux.
Comme son nom l’indique, celle-ci intègre trois « jonctions » (les composants qui produisent du courant électrique en réponse à la lumière), chacune constituée d’un matériau différent. Dans ce cas, une couche supérieure de phosphure d’indium et de gallium, une couche intermédiaire d’arséniure de gallium, et une couche inférieure d’arséniure d’indium et de gallium. Adaptés à différentes longueurs d’onde de la lumière, ceux-ci permettent à la cellule solaire de couvrir une plus grande part du spectre lumineux et de récolter davantage d’énergie.
300 puits quantiques
L’autre innovation majeure ayant contribué à ce nouveau record d’efficacité réside dans l’incorporation de 300 puits quantiques à la couche intermédiaire. Essentiellement, en prenant en sandwich une couche conductrice entre deux autres matériaux ayant une bande interdite plus large, les électrons sont confinés à deux dimensions, ce qui permet au matériau de capter davantage de lumière.
S’il s’agit d’une importante percée dans le domaine solaire, l’équipe précise que ce type de cellule se révèle à l’heure actuelle assez onéreux à produire. Les prochaines étapes consisteront à réduire les coûts de fabrication et à explorer de nouvelles applications potentielles.
