Ce procédé permet aux cellules solaires de capter jusqu’à 90 % de lumière, même par temps couvert

Des ingénieurs américains ont conçu une lentille optique de forme pyramidale innovante. Capable de concentrer efficacement le rayonnement solaire sur la cellule située en dessous, un tel dispositif promet de décupler l’efficacité des panneaux photovoltaïques.

Des concentrateurs solaires ultra-performants

Les cellules solaires fonctionnent mieux lorsqu’elles sont frappées directement par la lumière solaire. De ce fait, nombre d’entre elles ne présentent un rendement optimal que durant une poignée d’heures quotidiennes. Si certaines maximisent leur temps de fonctionnement en se déplaçant activement pour suivre notre astre, cela induit un coût énergétique supplémentaire et implique des installations plus complexes.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Microsystems & Nanoengineering, une équipe de Stanford a développé une technologie passive captant la lumière du Soleil quel que soit son angle, et la concentrant sur la cellule photovoltaïque située en dessous. Baptisé « Axially Graded Index Lenses » (AGILE) et pouvant être imprimé en 3D, ce dispositif constitué d‘un réseau de structures de forme pyramidale est destiné à remplacer la couche supérieure des panneaux solaires communs.

Lors d’une série d’expériences, il a été en mesure de capter plus de 90 % de la lumière qui l’atteignait, et de la concentrer pour atteindre une intensité lumineuse de sortie trois fois supérieure à celle reçue. Selon l’équipe, ce système promet de décupler l’efficacité des cellules solaires en leur permettant de capter la lumière indirecte du Soleil, et d’augmenter leur rendement dans des conditions météorologiques moins idéales (temps couvert notamment).

Une conception innovante

Chacune des petites pyramides qui le compose est constituée d’un empilement de verres et de polymères ayant des indices de réfraction (ou capacité à dévier la lumière entrante) différents. La couche supérieure possède un faible indice de réfraction afin de permettre à la lumière de pénétrer quel que soit son angle d’incidence. Cette dernière va être progressivement déformée par les couches suivantes afin qu’elle se concentre sur la cellule solaire située en dessous. Leurs bordures en miroir permettent quant à elles de s’assurer que toute lumière allant dans la mauvaise direction puisse être récupérée et exploitée.

L’utilisation de différents types de matériaux permet au dispositif de couvrir une large part du spectre lumineux, du proche ultraviolet à l’infrarouge. L’équipe a expliqué avoir dû veiller à ce que ceux-ci fonctionnent bien ensemble (en se dilatant par exemple à des vitesses similaires sous l’effet de la chaleur afin de ne pas fissurer le concentrateur solaire).

Promettant d’étendre le nombre d’endroits où l’énergie solaire pourrait être exploitée, en réduisant à la fois le coût et la surface nécessaire, AGILE pourrait également améliorer significativement les performances des cellules solaires des engins spatiaux.