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Des cellules photovoltaïques avec 50 % de rendement avant 2020
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Le plafond de rendement des cellules photovoltaïques actuelles est tout simplement une limite physique : les cellules actuelles ne contenant qu’une seule jonction (ndr : zone de contact entre deux couches de silicon), nous nous heurtons à un plafond théorique de 33,5 %, appelé « limite de Shockley-Queisser ». Plus précisément, une jonction actuelle ne peut tout simplement pas réagir à la totalité du spectre lumineux dont une grande partie est alors perdue ou transformée en chaleur. En pratique, la véritable limite est plutôt de 25 % car chaque point supplémentaire coûterait beaucoup trop cher à produire.
Il faut donc trouver des technologies de rupture au niveau des cellules car nous sommes au bout des modèles actuels. Mais il ne faut pas oublier que la cellule, même si elle en constitue le cœur, n’est qu’une partie d’un dispositif photovoltaïque. Il y a également de nombreuses recherches en cours sur les panneaux et l’électronique. La prochaine rupture technologique commercialisée avec succès sera la cellule multi-jonction. C’est un concept très ancien, puisque Texas Instrument l’a breveté en 1955 ! Mais nous avons aujourd’hui la possibilité de faire passer cette technologie à un stade commercial en quelques années. L’idée est assez simple : il s’agit d’empiler plusieurs jonctions collectant chacune une bande passante différente du spectre lumineux.
Avec une cellule multi-jonction, on change véritablement de dimension car la limite théorique, en y adjoignant un système de concentration, est de 83 % ! Pour l’instant, les meilleurs labos ont déjà atteint 43 %. Rafael Kleiman, chercheur canadien, se dit "persuadé que nous pourrons produire des cellules avec 50 % de rendement avant 2020". Autre voie de recherche à plus long terme, l’ingénierie spectrale et plus précisément à la photo-conversion à l’aide de nano-tubes. Cela consiste à tapisser les cellules d’une couche de nano-tubes qui vont en quelque sorte resserrer le spectre lumineux, comme un entonnoir à fréquence. Autrement dit, ces nano-tubes peuvent combiner deux photons d’énergie en en un seul photon d’énergie 2n, ou l’inverse. Pour l’instant, cela fonctionne en laboratoire, il faudra encore de longues années pour passer à la production de masse. Les chercheurs travaillent également sur des technologies de concentration, de stockage, de fabrication de silicone de très grande qualité.
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