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Alors que les gouvernements du monde entier poussent en faveur d'une transition verte, des entreprises du 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 classiques, tels que les fermes solaires et éoliennes, beaucoup plus efficaces alors que les entreprises construisent des panneaux plus solides et des turbines plus grandes. À présent, une équipe allemande pense avoir découvert 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 l'ensemble du spectre visible, mais faiblement. Ces cellules solaires doivent être épaisses de plusieurs micromètres pour leur permettre d'absorber suffisamment de protons pour générer de l'électricité. Cela les rend lourds, chers, et difficiles à installer dans des petits espaces. En revanche, les cellules solaires à couches minces, composées de colorants organiques, sont à la fois moins chères et plus légères, ne mesurant que 100 nanomètres d'épaisseur. Cependant, elles ne sont capables d'absorber qu'une petite partie du spectre solaire. Les scientifiques cherchent depuis des années une solution pour rendre les panneaux solaires plus efficaces tout en maintenant leur poids et leur coût bas.
Maintenant, des scientifiques de l'Université de Würzburg en Bavière, en Allemagne, pensent avoir découvert la structure nécessaire pour accroître massivement la production d'énergie solaire. Les chercheurs ont récemment publié une étude dans la revue 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 du soleil. Le modèle URPB utilise quatre colorants différents qui sont empilés dans une configuration précise leur permettant de capturer efficacement la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde d'UV, visible et proche infrarouge.
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Lors de 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 peine à moins de un pour cent jusqu'à un maximum de trois pour cent. Le professeur de chimie de la JMU, Frank Würthner, a expliqué : « Notre système a une structure de bande similaire à celle des semi-conducteurs inorganiques. Cela signifie qu'il absorbe la lumière de manière panchromatique sur l'ensemble du spectre visible. Et il utilise les coefficients d'absorption élevés des colorants organiques. En conséquence, il peut absorber une grande quantité d'énergie lumineuse dans une couche relativement mince, similaire aux systèmes naturels de capture de lumière.»
Le prochain défi consistera à mettre en place le processus à l'échelle industrielle. Bien qu'il y ait eu du succès dans l'utilisation de la technologie 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 ne s'agit que de la dernière technologie testée dans le monde entier visant à améliorer la production d'énergie solaire. Encouragées par des niveaux plus élevés de financement public et d'incitations financières, telles que les réductions d'impôts, et motivées par la nécessité d'augmenter la capacité mondiale d'énergie renouvelable 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 énormément avancé ces dix dernières années. 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 $ en 2000 à moins de 50 cents aujourd'hui.
Les installations solaires photovoltaïques sont la source d'énergie à la croissance la plus rapide à l'échelle mondiale, selon l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), ayant augmenté d'environ 26 fois depuis 2010. Fin 2022, il y avait une capacité mondiale installée de 1 047 GW en énergie solaire PV, avec 191 GW ajoutés en 2022 seul.
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 pensaient pouvoir absorber jusqu'à 66 % de lumière en plus que les panneaux plats conventionnels. L'équipe cherche maintenant à produire un prototype pour tester la technologie qui paraissait prometteuse dans les simulations informatiques.
Il y a aussi de l'optimisme autour de l'utilisation des cellules solaires en pérovskite (PSC) grâce à leurs performances élevées et à leurs faibles coûts de production. Les PSC ont montré de grands progrès ces dernières années, avec des améliorations significatives de l'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), ainsi que d'autres institutions publiques et privées dans le monde entier, à investir massivement dans l'amélioration de la technologie PSC.
Jusqu'à présent, la plupart des tests PSC ont été effectués en laboratoire. Cependant, une équipe de chercheurs inter-pays aux États-Unis, dirigée par l'Université de Caroline du Nord, déplace les tests à l'extérieur. Le centre Perovskite PV Accelerator for Commercialising Technologies (PACT) du DoE américain a réussi à utiliser la technologie à l'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 grâce à PACT offrant ces capacités, les chercheurs et les entreprises pourront tirer parti de ces données pour une meilleure fiabilité.»
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Par Felicity Bradstock pour Oilprice.com
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