Les panneaux solaires existent depuis longtemps, mais les matériaux qui les composent ne les rendent pas capables de convertir plus du quart de l'énergie solaire en électricité utilisable. Selon les calculs du MIT, une maison moyenne sous le soleil de l'Arizona a encore besoin d'environ 574 pieds carrés de panneaux solaires (en supposant une efficacité d'environ 15%) pour répondre à ses besoins énergétiques quotidiens. Dans le Vermont froid et gris hivernal, la même maison aurait besoin de 86 m². C'est beaucoup de lambris.
C'est pourquoi les chercheurs du MIT ont expérimenté un tout nouveau processus de conversion de la lumière solaire, qui tire parti des températures extrêmement élevées pour accroître l'efficacité. Si cela fonctionne à grande échelle, nous pourrions voir des panneaux solaires considérablement plus efficaces dans les années à venir, ce qui pourrait potentiellement changer le jeu de l'énergie solaire.
«Grâce à nos recherches, nous essayons de remédier aux limites fondamentales de la conversion de l'énergie photovoltaïque», a déclaré David Bierman, l'un des chercheurs responsables du projet.
La technologie transforme la lumière du soleil en chaleur, puis la convertit en lumière. Le procédé utilise un type de concentrateur de lumière appelé «absorbeur-émetteur», avec une couche absorbante de nanotubes de carbone noirs solides qui transforme la lumière solaire en chaleur. Lorsque les températures atteignent environ 1 000 degrés Celsius (à peu près aussi chaude que la lave de nombreux volcans, juste pour vous donner une idée), une couche émettrice en cristal photonique renvoie l’énergie sous la forme du type de lumière que la cellule solaire peut utiliser.
Un filtre optique élimine toutes les particules légères qui ne peuvent pas être utilisées, un processus appelé «recyclage de photons». Cela augmente considérablement l'efficacité, rendant les cellules deux fois plus efficaces que la norme actuelle.
La technologie porte bien son nom de «cellules solaires chaudes». Ces cellules ont récemment été désignées comme l’une des «10 technologies révolutionnaires de MIT Technology Review de 2017». Les rédacteurs en chef de la publication compilent cette liste chaque année depuis 2002. Cette année, les technologies, des implants cérébraux aux camions autonomes en passant par les caméras capables de prendre des selfies à 360 degrés, "affectera l'économie et notre politique, améliorera la médecine ou influera sur notre culture", selon le MIT Technology Review . "Certains se développent maintenant, d'autres prendront une décennie ou plus pour se développer", expliquent les rédacteurs. "Mais vous devriez être au courant de tout cela maintenant."
Les nanotubes de carbone noirs constituent la couche absorbeur-émetteur du panneau. (MIT) La technologie est supérieure aux cellules solaires standard à un niveau très basique. Le matériau semi-conducteur des cellules standard, qui est presque toujours du silicium, ne capte généralement que la lumière du spectre violet au rouge. Cela signifie que le reste du spectre de la lumière solaire est perdu. En raison de ce problème fondamental, les cellules solaires ne peuvent convertir qu’environ un tiers de l’énergie solaire en électricité. Cette limite supérieure, l'efficacité théorique maximale d'une cellule solaire, est appelée limite de Shockley-Queisser. Les panneaux solaires conçus pour un usage domestique convertissent généralement beaucoup moins que la limite Shockley-Queisser, car les matériaux les plus efficaces restent extrêmement coûteux. Mais avec les cellules solaires chaudes, cette limite, en place depuis plus de 50 ans, pourrait être historique.
À ce stade, les chercheurs n'ont qu'un prototype. Il faudra peut-être une décennie ou plus avant de voir ces cellules solaires chaudes sur le marché. À l'heure actuelle, les matériaux sont si coûteux qu'il serait difficile de transformer les cellules en panneaux de la taille requise pour un usage commercial.
«Nous devrons résoudre toute une série de problèmes liés à l’extension de l’appareil afin de générer des puissances qui constituent des solutions utiles pour les gens et leurs problèmes», a déclaré Bierman.
Bierman et ses collègues du projet, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan et Evelyn N. Wang, sont optimistes sur le fait qu'ils peuvent surmonter ces limites. Ils espèrent également trouver comment stocker la chaleur supplémentaire pour une utilisation ultérieure. Cela pourrait signifier une énergie propre lors des journées les plus nuageuses de l’hiver. Même dans le Vermont.
