Mise au point d'une nouvelle cellule solaire
Une avancée décisive pour le transfert rapide d'énergie
Des physiciens de l'université de Paderborn ont utilisé des simulations informatiques complexes pour mettre au point une nouvelle conception de cellules solaires nettement plus efficaces qu'auparavant. Une fine couche de matériau organique, appelée tétracène, est à l'origine de l'augmentation de l'efficacité. Les résultats viennent d'être publiés dans la célèbre revue "Physical Review Letters".
"L'énergie annuelle du rayonnement solaire sur Terre s'élève à plus d'un trillion de kilowattheures et dépasse donc la demande énergétique mondiale de plus de 5 000 fois. Le photovoltaïque, c'est-à-dire la production d'électricité à partir de la lumière du soleil, offre donc un potentiel important et encore largement inexploité pour la fourniture d'énergie propre et renouvelable. Les cellules solaires au silicium utilisées à cette fin dominent actuellement le marché, mais leur efficacité est limitée", explique le professeur Wolf Gero Schmidt, physicien et doyen de la faculté des sciences naturelles de l'université de Paderborn. Cela s'explique notamment par le fait qu'une partie de l'énergie du rayonnement à ondes courtes n'est pas convertie en électricité, mais en chaleur indésirable.
Schmidt explique : "Pour augmenter le rendement, la cellule solaire en silicium peut être dotée d'une couche organique, par exemple en tétracène, un semi-conducteur. La lumière à ondes courtes est absorbée dans cette couche et convertie en excitations électroniques à haute énergie, appelées excitons. Ces excitons se décomposent dans le tétracène en deux excitations de faible énergie. Si ces excitations peuvent être transférées avec succès dans la cellule solaire en silicium, elles peuvent être converties efficacement en électricité et augmenter le rendement global de l'énergie utilisable".
Une avancée décisive pour un transfert d'énergie rapide
Le transfert d'excitation du tétracène dans le silicium est étudié par l'équipe de Schmidt à l'aide de simulations informatiques complexes au Paderborn Center for Parallel Computing (PC2), le centre de calcul à haute performance de l'université. Une avancée décisive a été réalisée : dans une étude conjointe avec le Dr Marvin Krenz et le Prof. Dr Uwe Gerstmann, tous deux de l'université de Paderborn, les scientifiques ont montré que des défauts particuliers sous la forme de liaisons chimiques insaturées à l'interface entre le film de tétracène et la cellule solaire accélèrent considérablement le transfert d'excitons. Schmidt : "De tels défauts apparaissent lors de la désorption de l'hydrogène et provoquent des états électroniques d'interface dont l'énergie fluctue. Ces fluctuations transportent les excitations électroniques du tétracène dans le silicium comme un ascenseur".
De tels "défauts" dans les cellules solaires sont en fait associés à des pertes d'énergie. Les résultats du trio de physiciens n'en sont que plus étonnants : "Dans le cas de l'interface silicium-tétracène, les défauts sont essentiels pour le transfert rapide d'énergie. Les résultats de nos simulations informatiques sont vraiment surprenants. Ils fournissent également des indications précises pour la conception d'un nouveau type de cellule solaire dont l'efficacité est considérablement accrue", déclare le physicien.
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