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De nouvelles méthodes pour améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques solaires émergent des simulations informatiques et des tests en laboratoire menés par une équipe de physiciens et d’ingénieurs du Massachusset Institute Technology.
En utilisant la modélisation par ordinateur, des techniques avancées de fabrications de puces, les chercheurs ont appliqué un revêtement antireflet sur la face avant de films ultrafins en silicium ainsi que plusieurs couches réfléchissantes et un réseau de diffraction sur la face arrière. L'ensemble de ce dispositif permet d’augmenter la production d’énergie des cellules de 50 %.
« Sans ces revêtements, la lumière serait juste réfléchie dans l’air », explique Peter Bermel, l’un des chercheurs de l’équipe. « Il est important de s’assurer que la lumière parcourt le plus long chemin possible au travers de la couche de silicium pour augmenter la probabilité d'absorption de l'énergie des photons par les atomes », a-t-il ajouté.
L’équipe a commencé ses recherches en lançant des milliers de simulations sur ordinateur en faisant varier l’épaisseur du silicium et le nombre et l’épaisseur des couches réfléchissantes déposées sur la surface arrière.
Résultat : les performances simulées donne un résultat meilleur que tout autre structure et, dans le cas de films minces d'une épaisseur de l'ordre du millième de millimètre, un rendement 50 % plus important.
Ces prédictions ont été ensuite validées sur des prototypes et « les résultats de cette étude ont attiré de considérables intérêts industriels », d’après Lionel Kimerling, directeur du projet.
Ces travaux sont une première étape vers une production commerciale viable de cellules solaires aux performances améliorées. Cela nécessitera un réglage minutieux au cours de simulations et de tests en laboratoire et ensuite d’autres travaux sur les procédés de fabrication et les matériaux. « Si le marché du solaire reste solide, une commercialisation dans les trois ans est possible », d’après Lionel Kimerling.
Les possibilités de faire des économies sont importantes car le substrat de silicium utilisé dans les cellules solaires traditionnelles représentent la moitié du coût des cellules alors que les films minces utilisés par ces capteurs ne nécessitent que 1% des quantités de silicium requises, d’après Peter Bermel.
Ce projet, avec d’autres recherches en cours sur les cellules solaires, offre une telle possibilité de réduction des coûts « qu’elles deviennent compétitive avec l’éctricité du réseau », a précisé Peter Bermel.
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