Des chercheurs de l’Université d’Aalto, en Finlande, ont battu le record d’efficacité des cellules solaires en silicium noir – un type de cellule qui peut recueillir la lumière du soleil, même sous des angles serrés – de près de 4%.

Le silicium noir peut être fabriqué en ajoutant simplement un réseau dense d’aiguilles nanométriques sur le dessus d’un morceau standard de silicium. En modifiant le matériau de cette manière, il est beaucoup moins réfléchissant, permettant aux cellules solaires qui l’utilisent de piéger de la lumière, même quand elle arrive sous de très faibles angles.

Cela pourrait être un bon moyen d’augmenter le rendement des cellules solaires tout au long de la journée, en particulier dans les pays aux latitudes plus élevées. En plus de cela, les cellules de silicium noir pourraient aussi être moins chères, car elles n’ont pas besoin de revêtements antireflets utilisés par de nombreux autres types de cellules solaires.

Le principal problème qui a étouffé le progrès de cellules de silicium noir est quelque chose de connu comme la recombinaison des porteurs. Lorsqu’un photon frappe un atome de silicium à l’intérieur d’une cellule solaire, l’énergie excédentaire permet de libérer un électron qui est ensuite utilisé pour produire de l’électricité.

Parfois, cependant, l’électron se recombine avec simplement un atome de silicium, perdant efficacement l’énergie fournie par le photon. La recombinaison est proportionnelle à la surface du silicium, et les aiguilles sur la surface du silicium noir augmentent la surface à tel point que la moitié environ des électrons libérés sont « perdus » de cette manière.

Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur assistant Hele Savin a réussi à contourner le problème, et, ce faisant, elle a augmenté l’efficacité record des cellules de silicium noir de près de 4 points de pourcentage, pour atteindre les 22,1 %.

Leur performance réelle est toutefois meilleure que celle que les chercheurs ont également pu montrer, grâce à leur capacité à accepter la lumière du soleil sous des angles inférieurs, avec des cellules de silicium noir qui peuvent rassembler 3% de plus d’énergie qu’une cellule avec la même efficacité nominale tout au long de la journée.

Hele Savin et ses collègues ont effectué une recombinaison pour une vérification en appliquant un film mince d’aluminium, agissant comme un bouclier électronique chimique, au-dessus des nanostructures. Ils ont également intégré tous les contacts métalliques sur le côté arrière de la cellule, pour ajouter de l’absorption.

Ces deux changements signifient que seulement 4% des électrons libérés ont été recombinés, par opposition aux précédents 50 %. La nouvelle conception de la cellule ne devrait probablement pas pousser cette technologie à sa limite pour l’instant, car elle fait usage de silicium de type p plutôt que du silicium plus durable de type n. Selon les scientifiques, un meilleur choix de matériaux ou d’une meilleure structure cellulaire devrait pousser encore plus loin l’efficacité.

L’objectif à court terme pour les chercheurs est d’appliquer leur technologie sur d’autres structures cellulaires, comme des cellules minces et multi-cristallines en particulier – mais aussi, sur d’autres dispositifs comme des écrans et des photodétecteurs.

http://www.aalto.fi/en/current/news/2015-05-18-002/