Chose peu connue, les cellules photovoltaïques convertissent principalement la lumière visible, ainsi qu’une petite portion du proche infrarouge, en électricité, laissant ainsi inexploitée une grande partie des 174 000 térawatts d’énergie solaire – l’équivalent de 4 millions de tonnes de pétrole – qui atteignent la Terre chaque seconde.

Tout pourrait cependant changer bientôt grâce aux travaux d’une équipe de chercheurs de l’Institut coréen des sciences et de la technologie (Kaist).

Une captation à large bande et à grande échelle

Pour absorber des longueurs d’onde supplémentaires, les scientifiques proposent d’utiliser des suprasphères plasmoniques. Ces structures sont constituées de milliers de nanoparticules d’or capables d’interagir collectivement avec la lumière qui s’auto-assemblent pour former des superparticules sphériques. Déposées goutte à goutte sur une surface plane, ces superparticules forment un film dense et texturé qui peut capter plus efficacement les rayonnements.

Ainsi, en plus de la lumière visible, cette innovation permet d’absorber les longueurs d’onde ultraviolettes, qui représentent 50 à 55 % du spectre, ainsi que la totalité des infrarouges, proches et lointains.

Jusqu’à 90 % du spectre

Bien qu’il existe déjà des films constitués de nanoparticules, les suprasphères plasmoniques fonctionnent différemment en utilisant plusieurs types de résonances pour piéger plus efficacement les photons. Cette modalité permet d’absorber jusqu’à 90 % du spectre solaire, un chiffre qui n’avait jamais été atteint jusqu’ici, en générant une puissance près de 2,4 fois supérieure à celle des revêtements de nanoparticules conventionnels. C’est donc un progrès tout à fait concret.

Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs coréens se sont d’abord appuyés sur des simulations informatiques pour optimiser la conception des suprasphères, dont le diamètre a été ajusté pour maximiser l’absorption des longueurs d’onde.

Ils les ont ensuite appliquées goutte à goutte sur la surface en céramique d’un générateur thermoélectrique commercial pour former un revêtement, et ont pu constater une absorption double par rapport à un film conventionnel de nanoparticules d’or.

À terme, cette technologie, qui a pour autres avantages d’être peu coûteuse et simple à mettre en œuvre grâce à un procédé de dépôt en solution, pourrait considérablement améliorer l’efficacité des systèmes solaires thermiques et photothermiques. Par ailleurs, elle pourrait également rendre les systèmes hybrides photovoltaïques-thermiques plus efficaces en permettant de mieux exploiter les longueurs d’onde dédiées à la production de chaleur.