Au MIT, ils veulent dépasser la limite du rendement photovoltaïque théorique

Ils testent une méthode pour extraire deux électrons de chaque photon incident. La recherche photovoltaïque vise à déplacer la limite théorique des cellules solaires en silicium à 35% .

Pour chaque matériau photovoltaïque, il existe une valeur d'efficacité maximale théorique, c'est-à-dire une limite à la quantité d'énergie solaire qui peut être convertie en électricité.

Pour les cellules solaires en silicium, cette valeur équivaut à 29,1% de la lumière incidente mais, étant le produit le plus répandu sur le marché, l'industrie essaie depuis des années des stratégies techniques pour augmenter ce pourcentage.

L'un d'eux fait référence à la relation photon-électron. Dans les semi-conducteurs cellulaires traditionnels, chaque photon incident donne toute son énergie à un électron, qui se libère ainsi des liaisons chimiques et commence à se déplacer dans le matériau. Une relation biunivoque qui reste inchangée même si ce photon a transporté deux fois l'énergie nécessaire pour libérer un électron.

Une méthode est étudiée pour obtenir l'extraction de deux électrons par photon (au lieu d'un), ouvrant ainsi la porte à des cellules solaires capables de dépasser leurs limites théoriques d'efficacité .

Après des années d'engagement, le MIT est convaincu qu'il a trouvé la bonne voie . Dans l'article publié ces jours-ci dans Nature, un groupe de scientifiques du MIT et des collègues de l'Université de Princeton expliquent comment ils ont réussi à améliorer les cellules solaires en silicium.

La solution réside dans une classe de matériaux bien connus qui ont des "états excités" appelés excitons. Il s'agit, expliquent les scientifiques, de " paquets d'énergie qui se propagent comme des électrons dans un circuit" mais avec des propriétés très différentes de celles des électrons. " Vous pouvez les utiliser pour changer l'énergie, vous pouvez les couper en deux, vous pouvez les combiner."

Original text


Le travail du groupe a été d'intégrer cette capacité dans le silicium, un matériau sans excitons. Le tournant est venu de la connexion du silicium avec un cristal organique, le tétracène, à travers une mince couche intermédiaire d'oxynitrure d'hafnium. Le tétracène est un matériau capable de faire fonctionner ce type d'énergie en se multipliant: exposé à la lumière, il absorbe d'abord un photon, formant un exciton qui subit une fission rapide dans deux états excités (phénomène physique connu sous le nom de fission simple ou fission unique), chacun avec la moitié de l'énergie de l'état d'origine.

La couche d'oxynitrure d'hafnium a agi comme un pont pour les états excités jusqu'au silicium. Le mécanisme produit un doublement de la quantité d'énergie et les scientifiques sont convaincus que de cette manière la limite théorique peut être déplacée jusqu'à un maximum de 35%.

Plus d'informations: www.nature.com

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