L’absorption de la lumière du soleil, presque parfaite !

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Une équipe de chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute dirigée par le physicien Shawn Yu Lin a découvert et démontré l’efficacité d’un nouveau revêtement de cellules solaires qui améliore grandement l’absorption de l’énergie lumineuse. Ce revêtement antiréflexion presque parfait absorbe tout le spectre lumineux, des rayons ultra- violets aux infra-rouges, et ceci quelque soit l’angle d’incidence.

Une cellule photovoltaïque classique en silicium peut absorber 67,4% de la lumière du soleil qui l’atteint, ce qui signifie que quasiment un tiers de cette lumière est réfléchie et donc irrécupérable. D’un point de vue économique, le potentiel ainsi perdu représente une barrière à la prolifération solaire. Pour récupérer tous les photons du spectre solaire, il faut faire en sorte que la réflexion des rayons incidents (réflexion Fresnel) à la surface d’une cellule solaire soit éliminée. Le revêtement nanostructuré multicouches conçu par l’équipe du Rensselaer Polytechnic Institute permet l’absorption quasi totale (96,21%) de l’énergie lumineuse qui atteint sa surface, et ceci pour toutes les longueurs d’ondes du spectre : l’équipe de chercheurs a mesuré une réflexion Fresnel allant de seulement 1% à 6%, sur le spectre 400nm à 1600nm.

En plus d’une meilleure absorption des rayons lumineux, le revêtement antiréflexion conçu par l’équipe de Shawn Lin permet de résoudre le problème des angles d’exposition. La plupart des revêtements de cellules solaires sont conçus pour avoir un fonctionnement optimal sous une exposition normale à leur surface, c’est pourquoi dans les centrales photovoltaïques, les panneaux solaires sont mécaniquement automatisés pour suivre la course du soleil, comme les héliotropes, pour optimiser le rendement. Le prix à payer pour cette optimisation est la consommation du système automatisé, le prix de maintient, sans compter les erreurs d’alignement. Le revêtement de Lin absorbe plus de 95% de la lumière sous une plage angulaire (par rapport à la normale au revêtement) de 0 à 60°, soit un cône de 120°.


Le revêtement est composé de sept couches nanostructurées pour s’approcher d’un profil d’indice de réfraction continu : le contrôle précis de la porosité de ces différentes couches permet d’atteindre des indices de réfraction allant de n=1.09 à n=2.6, comme on peut le voir sur l’image prise au microscope à balayage électronique. Chaque couche a une épaisseur particulière, les couches inférieures étant les plus fines et ayant l’indice de réfraction le plus élevé, respectivement entre 69 nm et 156 nm d’épaisseur et entre n=2.6 et n=1.09 d’indice. Les deux couches inférieures sont en dioxyde de Titane (TiO2). Les trois couches centrales sont une combinaison de dioxyde de Silicium (SiO2) et de TiO2 pour ajuster l’indice de réfraction. Les deux couches supérieures sont faites de nano-bâtons obliques de SiO2, accrochés au substrat par dépôt chimique en phase vapeur. En effet, l’équipe démontre que le gradient d’indice et les bâtons obliques de la dernière couche permettent de minimiser drastiquement la réflexion Fresnel pour toutes les longueurs d’ondes et angles d’incidences, ce qui diffère totalement des traditionnels revêtements antiréflexion quart d’ondes.

D’après Shawn Lin, ce nouveau revêtement peut être appliqué à presque tous les matériaux photovoltaïques, y compris les multijonctions III-V et Cadmium Telluride même s’il reste à en améliorer la robustesse. Néanmoins, les résultats obtenus sont prometteurs : l’efficacité de conversion a été améliorée de 22,2% entre un revêtement classique quart d’onde et le revêtement sept couches avec gradient d’indice.

Source :


- "Soaking in the sun : Rensselaer Polytechnic Institute develops advanced sunlight absorption coating", 5 novembre 2008 - http://www.pv-tech.org/news/_a/soaking_in_the_sun_rensselaer_polytechnic_institute_develops_advanced_sunli/
- "Solar Power Game-Changer : "Near Perfect" Absorption of Sunlight, From All Angles", 3 novembre 2008 - http://news.rpi.edu/update.do?artcenterkey=2507

Pour en savoir plus, contacts :

Publication en ligne (Abstract) "Realization of a near-perfect antireflection coating for silicon solar energy utilization" - http://www.opticsinfobase.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-33-21-2527
Code brève
ADIT : 56662

Rédacteur :

Alban de Lassus, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….