Matériaux multifonctionnels de conversion de photons pour améliorer les cellules solaires en silicium

Une Percée majeure dans l'Énergie Solaire : Une Découverte Transformative

Dans un développement révolutionnaire, une équipe de chercheurs a révélé une nouvelle matière remarquable qui pourrait transformer le monde de l'énergie solaire. Ce phosphore multifonctionnel, composé d'ions d'erbium (Er3+) et d'ytterbium (Yb3+) dopés dans un hôte NaY(WO4)2, possède un ensemble unique de capacités qui pourrait considérablement améliorer les performances des cellules solaires en silicium (SSC).

La clé réside dans la capacité de la matière à exploiter l'énergie solaire de manière inédite. En combinant simultanément les processus de conversion de photon et de coupe quantique, le phosphore peut gérer efficacement le spectre solaire, abordant ainsi un défi de longue date dans le domaine de la photovoltaïque.

La conversion de photon implique la conversion de deux ou plusieurs photons à faible énergie infrarouge en un seul photon à haute énergie, qui peut ensuite être utilisé par la cellule solaire en silicium. La coupe quantique, d'autre part, est le processus inverse, où un photon à haute énergie ultraviolet est divisé en deux ou plusieurs photons à plus faible énergie, contribuant également à l'efficacité de la cellule.

Mais les chercheurs n'ont pas en reste. Ils ont également doté la matière de la capacité d'agir comme un capteur de luminescence de température, permettant un suivi précis des conditions de fonctionnement de la cellule solaire. Cela est particulièrement crucial, car une exposition intense au soleil peut entraîner une élévation de température, réduisant potentiellement la sortie de la cellule ou même entraînant une défaillance du module.

Le résultat est un phosphore véritablement multifonctionnel qui intègre harmonieusement ces trois capacités clés - conversion de photon, coupe quantique et détection de température -, le rendant révolutionnaire pour l'industrie solaire.

"Cette approche innovante offre le potentiel de synergies pour maximiser l'efficacité des modules SSC industriellement produits sans modifier leur structure existante", explique Guanying Chen, l'auteur correspondant de l'étude.

Les calculs de l'équipe indiquent que l'introduction de ce phosphore multifonctionnel pourrait porter l'efficacité théorique maximale des cellules solaires en silicium à un impressionnant 50,69 %, un bond en avant remarquable.

De plus, l'efficacité de coupe quantique impressionnante de 173 % et sa capacité à exploiter efficacement à la fois la lumière ultraviolette et infrarouge témoignent de la profonde compréhension des scientifiques des sciences des matériaux et de leur engagement à repousser les limites de ce qui est possible dans l'énergie solaire.

Cependant, des défis demeurent, tels que la vérification expérimentale des affirmations d'efficacité et les propriétés d'absorption limitées des lanthanides. Néanmoins, les chercheurs restent optimistes. En explorant l'intégration de ces phosphores avec des teintes infrarouges et ultraviolettes, ils estiment qu'ils peuvent encore améliorer la mise en pratique de cette technologie pour accroître les performances des cellules solaires en silicium.

Alors que le monde continue de se tourner vers les sources d'énergie renouvelables, cette percée pourrait être une étape cruciale pour exploiter tout le potentiel de la puissance solaire, nous rapprochant d'un avenir énergétique propre et durable.

Source : <https://www.nature.com/articles/s41377-024-01431-3>

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