Depuis plusieurs années, l’essor des énergies renouvelables a permis de développer des technologies solaires toujours plus performantes pour équiper les parcs de panneaux solaires. Cependant, encore aujourd’hui, l’efficacité des cellules solaires reste faible, entraînant un rendement énergétique pauvre. Mais récemment, une équipe de chercheurs a mis en évidence un défaut dans le conditionnement du silicium qui expliquerait le manque d’efficacité de cette technologie.

Dans une nouvelle étude publiée dans le Journal of Applied Physics, les auteurs mettent en évidence un défaut matériel du silicium utilisé dans la fabrication de cellules solaires, qui n’avait pas été détecté auparavant. Il pourrait être responsable de la baisse d’efficacité de 2% subie par les cellules solaires au cours des premières heures d’utilisation : dégradation induite par la lumière (LID).

Multipliée par le nombre croissant de panneaux installés dans des parcs solaires du monde entier, cette chute équivaut à un coût important en gigawatts, que les sources d’énergie non renouvelables doivent compenser. En fait, la perte d’efficacité estimée par LID dans le monde entier équivaut à plus d’énergie que ne peuvent en générer les 15 centrales nucléaires du Royaume-Uni. La nouvelle découverte pourrait aider les scientifiques à combler une partie de ce déficit.

« En raison des impacts environnementaux et financiers, la dégradation de l’efficacité des panneaux solaires a fait l’objet de nombreux intérêts scientifiques et techniques au cours des quatre dernières décennies » déclare l’un des chercheurs, Tony Peaker de l’Université de Manchester. « Cependant, malgré les efforts des meilleurs spécialistes du secteur, le problème a toujours persisté jusqu’à sa résolution ».

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Un obstacle dans le flux électronique à l’origine d’une baisse d’efficacité

Pour trouver ce que 270 articles de recherche publiés au cours de quatre décennies n’avaient pas pu déterminer auparavant, la dernière étude a utilisé une technique électrique et optique appelée spectroscopie transitoire en profondeur (DLTS) pour détecter les faiblesses du silicium.

Voici ce que l’analyse DLTS a permis de trouver : à mesure que la lumière solaire se transforme en charge électronique dans les cellules solaires, le flux d’électrons est piégé ; à son tour, cela réduit le niveau de puissance électrique pouvant être produit.

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L’équipe a découvert que ce défaut était en sommeil jusqu’à ce que le panneau solaire soit chauffé. « Nous avons prouvé que le défaut existait, c’est maintenant un correctif technique nécessaire » déclare l’un des chercheurs, Iain Crowe de l’Université de Manchester.

Les scientifiques ont également découvert que le silicium de qualité supérieure avait des porteurs de charge (électrons qui transportent l’énergie des photons) ayant une « durée de vie » plus longue, ce qui conforte l’idée que ces pièges sont liés à la dégradation de l’efficacité.

« Une baisse absolue de 2% de l’efficacité ne semble pas être un gros problème, mais si l’on considère que ces panneaux solaires sont maintenant responsables de la fourniture d’une fraction importante et en croissance exponentielle des besoins énergétiques mondiaux totaux, il s’agit d’une perte importante de production d’électricité » dit Peaker.

Sources : Journal of Applied Physics

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