Un gros grain au lieu de mille petits : Des nouvelles perspectives dans la recherche sur l'énergie solaire

05.04.18

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Des recherches menées par l’Université du Luxembourg ont démontré que les hypothèses très répandues sur les processus chimiques dans les panneaux solaires sont en réalité inexactes.

Les panneaux solaires photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en énergie électrique. Les panneaux absorbent la lumière entrante qui excite les électrons et les envoient dans une direction prédéfinie afin de générer un courant électrique pouvant propulser un moteur ou allumer une ampoule. Ceci se produit grâce à l’interaction de plusieurs couches de semi-conducteurs et de métaux dans le panneau solaire.

Les cellules sont produites lors d’un processus complexe au cours duquel de nombreux éléments chimiques sont déposés sur un substrat de verre, en général par évaporation. Par conséquent, une cellule solaire « grandit » couche par couche.

Le sodium influence le procès

Dans le passé, les scientifiques ont découvert par accident que l’efficacité d’un type de technologie de cellule solaire s’améliore considérablement en ajoutant du sodium à la couche absorbant la lumière. Au même moment, ils ont observé que le sodium a un impact sur la croissance de cette couche et l’interaction entre d’autres éléments chimiques :  il empêche le gallium et l’indium de se mélanger.

Ceci réduit l’homogénéité des couches et nuit donc aux résultats. Dans le passé, les scientifiques et les fabricants estimaient donc que la meilleure façon de produire une cellule solaire était simplement d’ajouter le sodium une fois le processus de croissance achevé.

En utilisant une approche différente, les chercheurs de l’Unité de recherche en Physique et Science des Matériaux de l’Université du Luxembourg, ainsi que quatre partenaires internationaux, ont pu démontrer que la réalité est plus nuancée. La couche absorbante est habituellement composée de milliers de grains individuels, mais le groupe de recherche a choisi une stratégie de fabrication plus exigeante pour développer la couche comme un seul grain.

Image microscopique de l’absorbeur de cellule solaire composé d’un grain (noir et blanc) et analyse chimique correspondante montrant la concentration de gallium (orange) et d’indium (violet).

Reconsidérer la production de cellules solaires

 « Dans ces travaux, nous montrons essentiellement que si l’absorbeur est composé d’un seul grain, l’ajout d’une faible quantité de sodium aide à homogénéiser la distribution des éléments », indique Diego Colombara, aujourd’hui chargé de recherche (Marie Curie Research Fellow) à l’International Iberian Nanotechnology Laboratory et chercheur principal de l’étude. « C’est très surprenant, car plus de 20 ans de recherches précédentes ont constamment démontré l’effet inverse sur les absorbeurs composés de nombreux grains. »

Les chercheurs ont conclu que le sodium a un double effet : il homogénéise les éléments à l’intérieur de chaque grain mais ralentit l’homogénéisation de l’interaction entre les grains. « Ceci nous donne l’opportunité de revoir la façon dont nous produisons les cellules solaires. À l’avenir, ces informations pourraient apporter des améliorations dans le processus de fabrication », conclut le Dr Phillip Dale, directeur du groupe de recherche Laboratory for Energy Materials de l’Université du Luxembourg et membre du programme Attract du FNR. Les physiciens ont publié leurs résultats dans la revue scientifique de renom Nature Communications.

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