Piéger la lumière pour améliorer l'efficacité des cellules solaires à couche mince
Le projet DIELECTRIC PV (Advanced light trapping with dielectric micro-particle self-assembled arrays for low-cost and high-performance thin film solar cells), financé par l'UE, a mis au point une nouvelle technique pour améliorer le piégeage de la lumière dans les cellules solaires à couche mince au silicium, basée sur des arrangements périodiques de microparticules diélectriques en résonance (DMP). Le principal objectif de l'initiative était de fabriquer des prototypes de cellules convertissant plus efficacement la lumière solaire en électricité grâce à l'action de réseaux de DMP intégrés à leur contact supérieur transparent. Les chercheurs ont réalisé une modélisation informatique en utilisant un logiciel de calcul de différences finies dans le domaine temporel, afin de déterminer les conditions optimales pour les éléments photoniques les plus performants à base de particules diélectriques. Ils ont également analysé en détail les mécanismes physiques provoqués par ces éléments, qui améliorent fortement l'absorption de la lumière dans les dispositifs photovoltaïques à couche mince. D'autres structures photoniques à base de nanoparticules métalliques plasmoniques ont également été étudiées et on a pu montrer qu'elles conduisaient à une action de piégeage de la lumière pour des longueurs d'ondes plus grandes (dans le proche infrarouge). DIELECTRIC PV a fait la démonstration de stratégies de piégeage de la lumière très prometteuses, peu coûteuses et compatibles avec l'industrie. Elles ont le potentiel de stimuler de façon importante l'absorption optique dans tout type de matériau de cellule solaire en couche mince, assurant une plus grande efficacité et permettant de réduire l'épaisseur des cellules. Des dispositifs photovoltaïques plus épais sur le plan optique mais physiquement plus minces signifient également une fabrication plus rapide et moins coûteuse, ainsi qu'une plus grande souplesse, ce qui est crucial pour la fabrication rouleau-à-rouleau et une application sur des supports pliables, comme le papier et les polymères. Il sera ainsi possible de fabriquer des produits destinés aux consommateurs, comme des emballages intelligents alimentés par la lumière solaire, des dispositifs photovoltaïques portables ou intégrés aux bâtiments, ou un Internet des objets alimenté par la lumière. Les avancées technologiques présentées par DIELECTRIC PV dans le domaine des cellules solaires en couche mince aideront l'industrie européenne du photovoltaïque à retrouver sa position de leader, grâce à de nouveaux produits abordables destinés au marché mondial, tout en favorisant l'investissement et la création d'emplois en Europe.
Mots‑clés
Piégeage de la lumière, cellules solaires améliorées par la photonique, couche mince, microparticules diélectriques, DIELECTRIC PV
