Alors que les gouvernements du monde entier poussent pour une transition écologique, les entreprises à travers le globe investissent massivement dans la recherche et le développement de moyens innovants pour améliorer la production d'énergie renouvelable. De nouvelles technologies rendent les projets d'énergie renouvelable conventionnels, tels que les fermes solaires et éoliennes, beaucoup plus efficaces alors que les entreprises construisent des panneaux plus résistants et de plus grands turbines. Désormais, une équipe allemande croit avoir trouvé un nouveau système de capture de lumière qui pourrait augmenter massivement la production d'énergie solaire.
Les panneaux solaires conventionnels reposent sur des cellules solaires à base de silicium qui absorbent la lumière sur tout le spectre visible, mais faiblement. Ces cellules solaires doivent être de plusieurs micromètres d'épaisseur pour leur permettre d'absorber suffisamment de photons pour générer de l'électricité. Cela les rend lourds, coûteux et difficiles à placer dans de petits espaces. En revanche, les cellules solaires à film mince, composées de colorants organiques, sont à la fois moins chères et plus légères, avec seulement 100 nanomètres d'épaisseur. Cependant, elles ne peuvent absorber qu'une petite partie du spectre solaire. Les scientifiques recherchent depuis des années une solution pour rendre les panneaux solaires plus efficaces tout en maintenant le poids et les coûts bas.
Maintenant, des scientifiques de l'Université de Würzburg en Bavière, en Allemagne estiment avoir découvert la structure nécessaire pour améliorer massivement la production d'énergie solaire. Les chercheurs ont récemment publié une étude dans le journal Chem démontrant l'utilisation d'un système URPB - pour ultraviolet, rouge, pourpre et bleu, basé sur les antennes photosynthétiques des plantes et des bactéries capables de capturer efficacement la lumière. Le modèle URPB utilise quatre colorants différents empilés dans une configuration précise qui leur permet de capturer efficacement la lumière sur les longueurs d'onde UV, visible et proche infrarouge.
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Pendant la phase de test, l'équipe de chercheurs a réussi à convertir 38 % de la lumière entrante en énergie utile. Alors que les quatre colorants seuls parviennent à moins de un pour cent, jusqu'à un maximum de trois pour cent. Le professeur de chimie de JMU, Frank Würthner, a expliqué, "Notre système possède une structure de bande similaire à celle des semi-conducteurs inorganiques. Cela signifie qu'il absorbe la lumière de manière panchromatique sur tout le spectre visible. Et il utilise les coefficients d'absorption élevés des colorants organiques. Par conséquent, il peut absorber beaucoup d'énergie lumineuse dans une couche relativement mince, de la même manière que les systèmes naturels de capture de lumière."
Le prochain défi consistera à industrialiser le processus. Bien que la technologie ait été utilisée avec succès pour produire de l'énergie en laboratoire, les défis sont toujours plus grands lorsqu'il s'agit de mettre en œuvre une nouvelle technologie dans un environnement réel.
Il s'agit là de la dernière technologie testée à l'échelle mondiale visant à améliorer la production d'énergie solaire. Incités par des niveaux plus élevés de financement public et d'incitations financières, tels que des réductions d'impôts, et poussés par la nécessité d'augmenter la capacité d'énergie renouvelable mondiale pour réduire la consommation de combustibles fossiles, les entreprises du monde entier investissent massivement dans la recherche et le développement dans le secteur de l'énergie solaire. La production d'énergie solaire a fait des pas de géants au cours de la dernière décennie. L'efficacité des panneaux solaires est passée d'environ 17 % en 2012 à entre 22 % et 29 % aujourd'hui, tandis que les coûts de production ont baissé et le prix par watt des panneaux solaires est passé d'environ 5 dollars en 2000 à moins de 50 cents aujourd'hui.
L'énergie photovoltaïque (PV) solaire est la source d'énergie à la croissance la plus rapide dans le monde, d'après l'Agence internationale de l'énergie renouvelable (IRENA), ayant augmenté d'environ 26 fois depuis 2010. Fin 2022, il y avait une capacité mondiale installée d'énergie solaire PV de 1 047 GW, avec 191 GW ajoutés en 2022 seulement.
Plus tôt cette année, des chercheurs turcs ont publié une étude montrant le potentiel d'une structure de cellule solaire photovoltaïque semi-sphérique qu'ils estimaient pouvoir absorber jusqu'à 66 % de lumière en plus que les panneaux plats classiques. L'équipe cherche maintenant à produire un prototype pour tester la technologie, qui semblait prometteuse dans les simulations informatiques.
Il y a également de l'optimisme autour de l'utilisation des cellules solaires de pérovskite (PSC) en raison de leurs performances élevées et de leurs faibles coûts de production. Les PSC ont montré de grands progrès ces dernières années, avec des améliorations significatives en termes d'efficacité, passant d'environ 3 % en 2009 à plus de 25 % aujourd'hui. Cela a encouragé le Département de l'Énergie des États-Unis (DoE), et d'autres institutions publiques et privées dans le monde entier à investir massivement dans l'amélioration de la technologie PSC.
À ce jour, la plupart des essais de PSC ont été menés en laboratoire. Cependant, une équipe transnationale de chercheurs aux États-Unis, dirigée par l'Université de Caroline du Nord, déplace les tests à l'extérieur. Le centre PACT (Perovskite PV Accelerator for Commercialising Technologies) du DoE américain a réussi à utiliser la technologie en extérieur pendant 29 semaines et à atteindre une efficacité opérationnelle de plus de 16 %. Laura Schelhas, chercheuse en chimie au NREL, a expliqué, "La démonstration en conditions réelles est une étape critique vers la commercialisation, et nous espérons que le PACT offrant ces capacités, les chercheurs et les entreprises pourront exploiter ces données pour une meilleure fiabilité."
Par Felicity Bradstock pour Oilprice.com
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Felicity Bradstock is a freelance writer specialising in Energy and Finance. She has a Master’s in International Development from the University of Birmingham, UK. More
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