Renforcer la performance des cellules solaires
Le maximum d'énergie générée par la conversion des cellules solaires par rapport à l'énergie incidente est partiellement limité par la largeur de bande des matériaux de cellules solaires. Les cellules solaires de silicium (Si) perdent plus de 20% de l'énergie incidente, notamment parce que les photons ont une énergie plus faible que celle de la largeur de bande de cellules solaires traversant le dispositif de PV sans être absorbés. Les scientifiques du projet NANOSPEC a développé une technologie innovante d'interpolation qui pourrait produire des photons d'énergie élevée (au sein de la largeur de bande de Si) à partir de deux photons ou plus à faible énergie qui auraient normalement été perdus. Un transposeur de fréquence supplémentaire renforce l'efficacité théorique d'un seuil de 30% à 40% pour la lumière (non concentrée) normale. Le succès du projet se basait sur les innovations dans trois principaux domaines couvrant le matériau du transposeur de fréquence, le matériau luminescent pour élargir le champ spectral et les structures photoniques pour la gestion des photons. De nombreux modèles aboutissant à des études théoriques ainsi que des simulations ont permis de mieux comprendre la physique sous-jacente à ces trois domaines. Suite à une recherche complète sur différents matériaux de transposeurs de fréquence et combinaisons de dopage, les scientifiques ont sélectionné le fluorure de sodium d'yttrium dopé à l'erbium (Er) (NaYF4: 25 % Er3+) pour l'excitation infrarouge à large bande. La poudre microcristalline a été incorporée dans une matrice transparente de perfluorocyclobutane (PFCB) pour l'intégration dans le dispositif de transposeur de fréquence de cellules solaires. Les scientifiques ont également étudié les matériaux luminescents qui absorbent la lumière transmise différemment et l'émettent dans la gamme d'absorption du transposeur de fréquence. Les points quantiques du semi-conducteur nanocristallins (NQD) ont servi à cet objectif, en émettant un pourcentage élevé de photons absorbés même s'ils sont embarqués dans le PFCB. L'équipe a fabriqué des structures photoniques sélectives sur le plan spectral pour aider à gérer les rayonnements et les photons. Ces dernières ont servi d'interface entre l'énergie solaire et les NQD et les concentrateurs fluorescents, séparant ainsi le transposeur de fréquence et le matériau fluorescent. L'équipe a produit avec succès des systèmes complets de cellules solaires à haute efficacité optique, qui ont abouti à plus de 20 publications dans des revues scientifiques à comité de lecture très influentes. La technologie développée ouvre de nouvelles orientations dans le marché PV applicables à une variété de secteurs, dont l'imagerie médicale.
