Les cellules solaires, ou cellules photovoltaïques, qui « transforment » la lumière du soleil en électricité, sont un élément brillant de la technologie moderne. Cependant, un aspect particulier s’est avéré être un important problème : elles ne sont pas très efficaces. En effet, la majorité de la lumière solaire absorbée est perdue, sous forme de chaleur. De ce fait, l’efficacité moyenne d’un panneau solaire commercial est comprise entre 11 et 22% uniquement. Mais à présent, un nouvel appareil pourrait augmenter ce chiffre jusqu’à 80%, ce qui serait absolument révolutionnaire.
Cette nouvelle conception est basée sur un ensemble de nanotubes de carbone à paroi unique, permettant de recapturer les photons « thermiques » issus de la radiation infrarouge (la chaleur) perdus des panneaux solaires. Puis, l’appareil émet cette énergie sous forme de lumière dans une longueur d’onde différente, qui peut à son tour être recyclée en électricité.
« Les photons thermiques ne sont que des photons émis par un corps chaud », a expliqué Junichiro Kono de la Rice University. « Si vous regardez quelque chose de chaud avec une caméra infrarouge, vous le verrez briller. La caméra capture exactement ces photons thermiquement excités », a ajouté Kono.
Il faut savoir que le rayonnement infrarouge est la partie de la lumière solaire qui porte la chaleur. Bien entendu, cela est invisible à l’œil humain, mais se trouve sur le même spectre électromagnétique que la lumière visible, les ondes radio et les rayons X.
Ce type de rayonnement infrarouge est émis par votre poêle, par un feu de camp ou même par votre chat qui ronronne sur vos genoux. En d’autres termes, fondamentalement, tout ce qui émet de la chaleur émet un rayonnement. « Le problème est que le rayonnement thermique est à large bande, tandis que la conversion de la lumière en électricité est uniquement efficace si l’émission est à bande étroite. Le défi était donc de faire entrer des photons de bande large dans une bande étroite », a déclaré l’ingénieur Gururaj Naik.
L’une des propriétés des nanotubes est que les électrons s’y trouvant ne peuvent se déplacer que dans une seule direction. Cela produit un effet connu sous le nom de dispersion hyperbolique, dans lequel les films sont des conducteurs métalliques (dans une direction), mais isolent perpendiculairement à cette direction.
Cela signifie que les photons thermiques peuvent y entrer de (presque) n’importe où, mais qu’ils ne peuvent s’échapper que dans une direction. Ce processus permet de convertir la chaleur en lumière et à partir de là, elle peut être convertie en électricité.
Dans le dispositif crée par les chercheurs, le film de nanotubes de carbone peut résister à des températures allant jusqu’à 700 degrés Celsius, bien que le matériau de base soit capable de supporter une température beaucoup plus élevée, allant jusqu’à 1600 degrés Celsius.
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Puis, l’équipe de recherche a exposé son appareil à une source de chaleur pour confirmer la sortie en bande étroite. Chacune des cavités de résonateur dans le film a réduit la bande de photons thermiques, produisant de la lumière. La prochaine étape de recherche consistera donc à collecter cette lumière à l’aide des cellules solaires photovoltaïques et de confirmer l’efficacité prédite.
« En comprimant toute l’énergie thermique gaspillée dans une petite région spectrale, nous pouvons la transformer en électricité de manière très efficace. La prédiction théorique est que nous pourrons obtenir une efficacité allant jusqu’à 80% ! », a déclaré Naik.
L’électron est une particule élémentaire qui, avec les protons et
les neutrons, constitue les atomes. C’est donc l’un des composants
principaux de la matière baryonique. À ce titre, il revêt... [...]