Des chercheurs créent des cellules photovoltaïques beaucoup plus efficaces et moins chères

Grâce à des nanofils d'arséniure de gallium sur base de silicium.

nouvelle technique panneaux solaires
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À l’heure où les panneaux solaires s’imposent sur les toits des particuliers, dans les fermes photovoltaïques ou sur les satellites, un double problème reste en suspens : leur impact financier et environnemental. Une installation classique de panneaux solaires coûte environ 10 000 € à un particulier, à quoi s’ajoute un impact environnemental élevé, lié à l’emploi de nombreux matériaux non renouvelables. Pour répondre à ce double enjeu, des chercheurs d’une université norvégienne ont développé une nouvelle technologie améliorant le rendement des cellules photovoltaïques, le tout pour un faible surcoût financier et environnemental. Leur secret ? Des nanofils d’arséniure de gallium, d’après leur publication dans ACS Photonics.

Efficace et pas chère, c’est la cellule qu’on préfère. Des chercheurs norvégiens ont annoncé en août dans la revue ACS Photonics la confection d’une nouvelle cellule photovoltaïque — le constituant élémentaire des panneaux solaires, permettant de doubler l’efficacité des classiques cellules photovoltaïques en silicium.

Leur recette ? « Nous avons développé une nouvelle méthode très efficace reposant sur la nanostructuration de l’arséniure de gallium, qui nous permet de n’utiliser qu’une petite fraction de l’arséniure de gallium normalement utilisé », relate le doctorant et premier auteur Anjan Mukherjee dans un communiqué. L’arséniure de gallium est le composé de choix des meilleures cellules photovoltaïques actuelles, en raison de son extraordinaire propension à absorber la lumière et de ses capacités électriques hors normes.

Cependant, les panneaux solaires basés sur des cellules photovoltaïques III-IV — celles qui utilisent l’arséniure de gallium — sont chères à produire. D’où la nanostructuration de l’arséniure de gallium à base de nanofils, qui permet d’utiliser moins de matériau… tout en produisant plus d’électricité ! « Notre groupe de recherche a découvert qu’en utilisant de l’arséniure de gallium contenu dans des nanofils, une cellule photovoltaïque était 10 fois plus efficace (à ne pas confondre avec le rendement total) que les autres », explique le professeur Helge Weman, qui supervisait le projet.

De l’arséniure de gallium sur une base de silicium

Pour rentrer plus dans le détail, leur méthode est novatrice car elle repose sur l’utilisation de nanofils d’arséniure de gallium semi-conducteurs, déposés sur une plateforme plus classique de silicium. Cette technologie permet d’éviter le recours à un substrat d’arséniure de gallium tout en améliorant la performance des cellules photovoltaïques et en limitant leurs coûts de confection, puisque ces derniers sont notamment liés à la fabrication de l’arséniure de gallium. Mais comment ces nanofils sont-ils obtenus ?

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« Nous avons fait pousser nos nanofils d’arséniure de gallium en utilisant une méthode appelée épitaxie par jet moléculaire, qui n’est pas adaptée à la production de gros volumes de matériaux. Cependant, il est également possible de produire ces cellules photovoltaïques à une échelle industrielle, par exemple grâce à l’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques », détaille Anjan Mukherjee. Intégrés au sommet d’une cellule photovoltaïque de silicium, les nanofils d’arséniure de gallium pourraient permettre d’atteindre un rendement de la cellule photovoltaïque de près de 40% : le double des cellules photovoltaïques au silicium commercialisées actuellement.

La prochaine étape ? Développer la commercialisation de la nouvelle cellule photovoltaïque pour les particuliers et les professionnels, bien sûr, mais aussi viser le marché de l’espace ! L’équipe est en train d’essayer de développer cette structure légère de nanofils sur des substrats en graphène dits à « deux dimensions », car constitués d’une seule couche d’atomes. « Cela pourrait offrir de belles opportunités pour produire des cellules photovoltaïques légères et flexibles, utilisables dans des drones automatisés ou des microsatellites », conclut Anjan Mukherjee.

Source : ACS Photonics

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