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Des panneaux solaires transparents ? Bientôt une réalité grâce aux points quantiques

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Des panneaux solaires transparents pourraient équiper la prochaine génération de bâtiments à haut rendement énergétique, remplaçant le vitrage habituel. | Pixabay

Selon les experts, le domaine de l’énergie renouvelable prendra un nouveau tournant lorsque les panneaux solaires à très haut rendement (plus de 40%) passeront du laboratoire aux foyers. En plus des innovations techniques réalisées ces dernières années concernant les panneaux photovoltaïques standard, de nouvelles recherches se penchent sur la mise au point de vitrages agissant comme de véritables panneaux solaires, afin de pouvoir un jour en équiper maisons et bâtiments. Ainsi, il s’agira de miser sur la surface de conversion disponible plutôt que sur le rendement.

Dans cet élan, des chercheurs de l’entreprise américaine UbiQD, spécialisée dans la fabrication de matériaux, ont conçu des panneaux de verre solaires en y intégrant une couche de nanoparticules (placée entre deux vitres). Une telle technologie pourrait nous aider à tirer profit de l’énergie solaire dans les villes, où l’espace pour les panneaux solaires est limité.

« Si nous avons bien fait notre travail, personne ne saura même qu’ils sont là », déclare Hunter McDaniel d’UbiQD. En effet, lui et ses collègues ont mis au point des panneaux solaires transparents qui ne se distinguent pratiquement pas du verre ordinaire.

Des installations d’essai, impliquant des panneaux d’un mètre carré, ont déjà été mises en place dans des bâtiments aux États-Unis et aux Pays-Bas. Les panneaux ont un rendement de conversion d’énergie de 3,6% (le rendement représente ici le taux de conversion de la lumière solaire en électricité). En comparaison, les panneaux solaires ordinaires sur le marché ont un rendement de 15 à 25%.

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Des « points quantiques » capables de manipuler la lumière

Ces panneaux transparents sont constitués de deux couches de verre collées ensemble avec, au milieu, un polymère contenant des nanoparticules connues sous le nom de « points quantiques » — une nanostructure de semi-conducteurs. Avec un noyau de sulfure de cuivre et d’indium et une petite enveloppe de sulfure de zinc, ces points quantiques deviennent de minuscules semi-conducteurs qui peuvent manipuler la lumière.

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Les vitrages solaires conçus seraient proposés en deux teintes : gris ou brun. Crédits : UbiQD

« Les concentrateurs solaires luminescents (LSC) en verre laminé offrent une production d’énergie localisée et durable, combinée à la transparence personnalisable nécessaire aux fenêtres. Le succès du déploiement commercial de la technologie LSC dépend de la démonstration d’une efficacité économiquement viable, tout en conservant une excellente esthétique », écrivent les chercheurs dans leur étude publiée dans ACS Publications.

Ils ont notamment utilisé des dispositifs LSC à points quantiques (QD) à couches multiples composés de verre laminé. Les conceptions LSC à trois couches ont démontré une efficacité de conversion de l’énergie électrique de 3,6%. De plus, une méthode de combinaison de colorants et de QD est présentée dans le document, permettant d’ajuster la couleur vers le gris à partir du brun, pour un résultat plus esthétique.

Lorsque les nanoparticules sont excitées par l’exposition à la lumière UV, elles libèrent des photons qui se déplacent le long du panneau transparent vers son bord. Le périmètre est équipé de cellules solaires, qui convertissent les photons en courant électrique. Le bord de la cellule solaire se trouvant dans le cadre d’une fenêtre, il sera donc invisible.

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Comparaison d’efficacité (courant électrique obtenu par rapport à la tension) pour différents types de conceptions de vitrages solaires, à deux et à trois couches. Crédits : UbiQD

Selon les chercheurs, il ne faut pas grand-chose pour convertir les fenêtres en panneaux solaires : le polymère ne représente que 1,7% de points quantiques en poids. Les points quantiques ne sont pas toxiques et leur production est relativement bon marché, explique McDaniel.

Les panneaux résultants sont de couleur brunâtre, mais l’équipe a montré qu’elle pouvait également produire des panneaux de couleur grise ou gris-bleu en les mélangeant à une teinture bleue. Il est également possible de personnaliser la transparence du verre, pour obtenir des panneaux d’une teinte plus ou moins foncée. Plus la teinte est foncée, plus le rendement énergétique est important, car plus de lumière est absorbée. « C’est une relation presque linéaire », déclare McDaniel. Ces avancées visent à permettre l’adoption plus rapide de la technologie LSC dans la prochaine génération de bâtiments à haut rendement énergétique.

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Source : ACS Publications

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