Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), aux États-Unis, ont mis au point un nouveau dispositif permettant de convertir la chaleur du soleil en rayonnement exploitable par les cellules solaires. Une technologie originale basée sur l’utilisation de nanotubes de carbone, et qui pourrait à terme permettre de multiplier par deux le rendement des panneaux solaires.

Comment repousser la limite de Shockley-Queisser

Si les panneaux solaires commerciaux fonctionnent à des degrés divers selon la densité des rayons du soleil et l’angle auquel ils sont exposés, la limite de Shockley-Queisser établie dans les années 1960, prévoit toutefois un rendement maximal de 32 % pour des cellules composées d’une couche de silicium comme celles utilisées actuellement.

Ce faible taux de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique, et donc le faible rendement des panneaux qui en découle, pousse depuis de nombreuses années les chercheurs et autres scientifiques du secteur, à concentrer leurs travaux sur l’optimisation des cellules solaires dans le but d’une amélioration significative de leur rendement et de leur coût. Un défi auquel les équipes du MIT pourraient bien avoir trouvé une solution.

En effet, selon une étude publiée dans la revue scientifique Nature Energy, le MIT aurait mis au point une cellule photovoltaïque jusqu’à deux fois plus efficiente que celles de la génération actuelle, via la conversion de la chaleur en rayonnement permettant une exploitation maximale du spectre solaire par le panneaux photovoltaïque. Cette technologie baptisée “solaire thermophotovoltaïque” a pour objectif de récupérer la chaleur du soleil perdue en élargissant le spectre des longueurs d’onde susceptibles d’être absorbées par le semi-conducteur de la cellule.

Nanotubes de carbone et cristaux nanophotoniques

Pour rappel, le semi-conducteur produit de l’électricité à partir de la lumière du soleil. Toutefois, certains photons moins chargés en énergie peuvent être exclus du processus quand d’autres, trop chargés en énergie, ne seront pas exploités à 100 %. Les équipes du MIT proposent alors de récupérer cette énergie perdue sous forme de chaleur pour la convertir en rayonnement exploitable.

D’un point de vue technique, ces chercheurs ont combiné ici des nanotubes de carbone permettant l’absorption parfaite du spectre solaire et des cristaux nanophotoniques qui, chauffés par les nanotubes, émettront des longueurs d’onde exploitables par la cellule photovoltaïque. Si leur démonstrateur n’a atteint que 6,8 % de rendement sur une cellule classique à très faible rendement, il apporte la preuve d’une réelle amélioration possible et pourrait permettre à terme de doubler l’efficacité théorique des cellules solaires.

Mais au-delà des meilleurs rendements attendus en conditions d’exploitation régulière, ce dispositif permettrait également de profiter de rayon du soleil même par temps couvert et de lisser la production des panneaux solaire 24h sur 24h en le couplant à un système de stockage de la chaleur.

Crédits photo : MIT