Une équipe de scientifiques internationaux a franchi une étape importante dans la technologie solaire, en démontrant une méthode permettant d’atteindre un rendement quantique de 130 %. Bien que cela ne signifie pas qu’un panneau solaire convertit 130 % de la lumière solaire en électricité, cela représente une avancée fondamentale dans la manière dont l’énergie est récupérée au niveau subatomique.
Comprendre la percée des « 130 % »
Pour comprendre cette réussite, il faut faire la distinction entre l’efficacité totale du panneau et le rendement quantique.
Les cellules solaires standard sont limitées par la limite de Shockley-Queisser, un plafond théorique qui plafonne l’efficacité des cellules solaires à jonction unique à environ 33 %. Une grande partie de l’énergie solaire est perdue sous forme de chaleur, car les cellules ne peuvent pas traiter efficacement chaque photon qui les frappe.
La nouvelle recherche aborde ce problème en se concentrant sur le nombre d’« excitons » (paquets d’énergie) produits par photon absorbé :
– Processus standard : Un photon absorbé $\rightarrow$ un exciton produit (rendement de 100 %).
– Cette percée : Un photon a absorbé $\rightarrow$ deux excitons produits (Rendement de 130 % ).
En divisant l’énergie d’un seul photon de haute énergie en deux vecteurs d’énergie distincts, les chercheurs trouvent un moyen de contourner les goulots d’étranglement traditionnels en matière d’efficacité qui entraînent un gaspillage d’énergie sous forme de chaleur.
La science : fission singulet et molybdène
La recherche s’appuie sur un processus appelé fission singulet. Cela implique d’utiliser des matériaux spécifiques pour multiplier l’énergie récupérée de la lumière. L’équipe a utilisé deux éléments clés pour réaliser ce travail :
- Tétracène : Une molécule organique utilisée comme « matériau de division ». Sa structure moléculaire lui permet de prendre un seul photon de haute énergie et de le diviser en deux paquets de plus faible énergie par excitation électronique.
- Molybdène : Un élément métallique utilisé pour résoudre un problème de longue date en physique solaire.
Historiquement, la fission singulet a été difficile à mettre en œuvre car l’énergie nouvellement créée (les excitons) disparaît souvent ou est « volée » par d’autres processus avant de pouvoir être utilisée. En mélangeant du molybdène avec du tétracène, l’équipe a créé un « piège ». Le molybdène agit comme un émetteur spin-flip, capturant l’énergie multipliée et la conservant suffisamment longtemps pour être convertie en un état utilisable.
“Nous avions besoin d’un accepteur d’énergie capable de capter sélectivement les excitons triples multipliés après la fission”, explique le chimiste Yoichi Sasaki de l’université de Kyushu.
Du laboratoire au monde réel
Bien que les résultats soient scientifiquement révolutionnaires, la transition d’un succès de laboratoire à un produit commercial se heurte à plusieurs obstacles :
- État du matériau : L’expérience actuelle utilise une solution liquide. Pour une utilisation pratique, celui-ci doit être transformé en une forme stable et solide pouvant être intégrée dans des panneaux solaires durables.
- Rétention d’énergie : Les chercheurs doivent encore perfectionner le « processus de désintégration », en s’assurant que les complexes de molybdène retiennent l’énergie suffisamment longtemps pour être efficacement récupérée pour l’électricité.
- Évolutivité : Le passage d’environnements de laboratoire contrôlés à des modules solaires produits en série reste un défi d’ingénierie important.
Pourquoi c’est important pour l’avenir
La capacité de dépasser les limites d’efficacité actuelles pourrait transformer fondamentalement le paysage des énergies renouvelables. Si les panneaux solaires peuvent produire plus d’électricité avec la même quantité de lumière solaire, le coût de l’énergie solaire baissera et l’empreinte au sol requise pour les parcs solaires massifs diminuera.
Alors que le monde cherche à réduire sa dépendance aux combustibles fossiles pour lutter contre le changement climatique, les technologies qui amplifient la puissance de chaque photon deviennent des outils essentiels dans la transition vers un réseau énergétique durable.
Conclusion
En utilisant avec succès la fission singulet pour générer plus de vecteurs d’énergie qu’il n’y a de photons entrants, les chercheurs ont fourni un modèle viable pour dépasser les limites théoriques des cellules solaires modernes. Bien que l’application commerciale reste un objectif futur, cette validation de principe marque une étape majeure vers une technologie solaire de nouvelle génération hautement efficace.
