L'énergie solaire pour les zones construites
Capter le rayonnement du soleil pour produire de l'électricité est une manière extrêmement durable d'alimenter les activités humaines. La technologie qui concentre l'énergie solaire peut grandement améliorer l'efficacité. Les concentrateurs solaires luminescents (CSL) pourraient grandement réduire les coûts par rapport aux appareils à base de silicium grande surface et avoir l'avantage direct d'absorber le rayonnement solaire direct et diffus de telle sorte que le suivi du soleil ne soit pas requis. Toutefois, le faible rendement des CSL constitue une barrière à la commercialisation de cette technologie. Des chercheurs ont lancé le programme SOLAR-PLUS (Maximizing the efficiency of luminescent solar concentrators by implanting resonant plasmonic nanostructures (SOLAR-PLUS)) en vue de résoudre ce problème par l'association de travaux théoriques, de modélisation et d'expériences. Le projet a ainsi donné lieu à la fabrication d'un CSL à base de silicium capable d'absorber la lumière du soleil et émettre une lumière fluorescente qui se propage dans les cellules solaires. Les chercheurs ont enduit des nanoparticules métalliques d'une fine couche de fluorochrome afin de permettre la détection par résonance plasmonique de surface et augmenter ainsi le rendement de la conversion d'énergie des CSL actuellement limitée à 8 %. L'équipe a mis au point la première méthode expérimentale pour établir simultanément le rendement optique et les mécanismes de perte des CSL, telles les pertes associées à la réabsorption, aux pertes de cônes et au rendement quantique. De plus, un modèle hybride a été mis au point pour associer les méthodes de simulation nanoscopique aux techniques de tracé Monte-Carlo, autorisant ainsi la simulation de CSL contenant les nanostructures à grande échelle. Les résultats montrent que l'absorption métallique provoque des pertes optiques majeures, qui limitent l'application de la plasmonique aux CSL. Parmi les autres activités figurent la description précise de l'alignement et de la liaison du fluorochrome ainsi que le mécanisme de transfert d'énergie de résonance Förster (FRET). L'alignement homéotrope a favorisé la capture de la lumière tout en combinant le FRET induit entre les fluorochromes, ce qui a permis de contourner le problème d'absorption limitée propre à l'alignement homéotrope. Les résultats montrent que l'alignement des fluorochromes et le FRET renforcent le rendement de conversion des CSL. Pour preuve de principe, les chercheurs ont mis au point un CSL doté de points quantiques reliés à des molécules de teinture organique, prouvant ainsi que les points quantiques font état d'un haut rendement quantique en raison du haut rendement du mécanisme FRET. Optimiser l'efficacité de la conversion énergétique tout en réduisant le coût des CSL encouragera son adoption à grande échelle et aidera l'UE à limiter sa dépendance des combustibles fossiles. La souplesse du prototype CSL de SOLAR-PLUS pourrait ouvrir la voie de l'intégration des CSL aux zones construites.
Mots‑clés
Énergie solaire, concentrateur solaire luminescent, SOLAR-PLUS, plasmonique, nanoparticules métalliques
