Des ingénieurs de Stanford ont développé une surcouche de silicone transparente qui peut augmenter l’efficacité des cellules solaires en les gardant au frais. Le revêtement recueille et diffuse de la chaleur directement dans l’espace, sans interférer avec les photons entrants. Si ce produit est fabriqué en masse, le développement pourrait être utilisé pour refroidir tout dispositif à l’air libre – par exemple, en complément de la climatisation dans les voitures.

Après une journée en plein soleil, les cellules solaires en Californie peuvent approcher des températures de 80 °, même pendant les mois d’hiver. Une chaleur excessive peut poser des problèmes parce que, si les cellules ont besoin de soleil pour récupérer l’énergie, elles perdent aussi en efficacité car elles chauffent. Une cellule de silicium standard, par exemple, va baisser de 20 à 19 % d’efficacité en chauffant à 10 °C ou plus.

Les ordinateurs portables font face ce problème de surchauffe à l’aide de ventilateurs, soigneusement étudiés et de dissipateurs de chaleur, mais pour les panneaux solaires et les autres dispositifs qui fonctionnent à l’air libre, l’espace lui-même pourrait servir de dissipateur de chaleur par excellence. La fraîcheur de l’espace, se rapprochant du zéro absolue, reviendrait à nier la nécessité des systèmes de dissipation de chaleur élaborés et coûteux – si seulement nous avions un moyen d’y accéder à partir du sol.

Le revêtement en silice (SiO2) du panneau solaire conçu par le professeur Shanhui Fan et ses collègues à Stanford fait appel avec succès à l’espace en tant que plus grand dissipateur de chaleur. Il le fait par la collecte et le rayonnement de la chaleur sous forme d’ondes électromagnétiques infrarouges, qui peuvent facilement voyager à travers l’atmosphère, dans l’espace. Le revêtement est transparent, afin de ne pas interférer avec la capacité de collecte de lumière de la cellule solaire, et améliore la dissipation de la chaleur du silicium dans la plupart des cellules.

Les chercheurs ont testé leur technologie sur un collecteur solaire thermique, en comparant un collecteur «nu» avec deux mécanismes possibles de rayonnement de la chaleur qui ont utilisés respectivement, de la silice et des cristaux photoniques (un modèle à l’échelle nanométrique qui affecte le mouvement des photons) pour la dissipation thermique. Ils ont constaté que ce dernier était le plus efficace.

Selon les résultats de l’étude, la surcouche a permis que la lumière visible passe à travers les cellules solaires tout en refroidissant l’absorbeur sous-jacent jusqu’à 13 ° C. Cela se traduit par un gain d’efficacité absolue de plus d’un point de pourcentage qui, même si cela peut ne pas sembler beaucoup, serait ajouter jusqu’à quelque chose de substantiel au cours de la vie de la cellule.

Il y a un certain nombre d’améliorations qui pourraient encore bénéficier du refroidissement (et de l’efficacité) de la cellule. Les surcouches sont pensées pour fonctionner au mieux dans des environnements secs et clairs, les meilleurs lieux pour de grands panneaux solaires. Aussi, parce que les essais ont été fait pendant l’hiver, les collectionneurs ont dû être incliné de 60 degrés vers le sud afin de maximiser l’irradiance solaire, réduisant l’accès vers le ciel (et la capacité de refroidissement avec elle). Enfin, des éléments de refroidissement convectifs plus classiques pourraient également être ajoutés à la couverture en silice.

L’équipe est optimiste sur l’extension de la production pour des applications commerciales. Ils croient que la technologie pourrait être appliquée dans tous les cas où un système extérieur doit avoir une dispersion efficace de la chaleur, de manière à refroidir les voitures pour économiser sur la climatisation (et le kilométrage) sans affecter l’esthétique.

http://news.stanford.edu/news/2015/september/thermal-overlay-solar-092115.html

http://www.pnas.org/content/early/2015/09/15/1509453112.abstract