Dans le cadre d’un progrès dans la technologie photovoltaïque, une nouvelle couche de vitrocéramique GdPO4 améliore la conversion de la lumière en électricité en utilisant plus efficacement la lumière UV. Cette innovation améliore à la fois l’efficacité et la durabilité des cellules solaires, offrant ainsi un potentiel important pour les futures solutions d’énergie renouvelable. Crédit : Issues.fr.com
Le matériau protecteur transforme les photons ultraviolets nocifs en lumière visible, augmentant ainsi l’efficacité de conversion des appareils photovoltaïques.
Au cours de la dernière décennie, les cellules photovoltaïques (PC) ont suscité beaucoup d’attention dans le monde entier en tant que source d’énergie renouvelable prometteuse. Cependant, les PC n’ont pas encore atteint un rendement de conversion lumière-électricité suffisamment élevé pour être largement adoptés, et les scientifiques sont à la recherche de nouveaux matériaux et de nouvelles conceptions offrant de meilleures performances.
Limites des technologies photovoltaïques actuelles
Deux des types de PC les plus activement étudiés sont les PC à base de pérovskite et les PC en carbure de silicium amorphe (a-SiC: H), chacun avec son propre ensemble de limitations. Les PC à pérovskite souffrent de deux inconvénients majeurs : premièrement, même si le rayonnement solaire couvre des longueurs d’onde qui vont du proche infrarouge jusqu’à la lumière ultraviolette (UV), les PC à pérovskite n’utilisent qu’une petite partie de ce spectre, ce qui entraîne une faible efficacité de conversion d’énergie. . Deuxièmement, ils sont vulnérables à la photo-dégradation due à l’exposition à une lumière UV de haute intensité. En revanche, les PC a-SiC:H ne peuvent pas capter efficacement la lumière UV en raison d’une inadéquation entre le profil spectral de la lumière solaire et la réponse spectrale des matériaux a-SiC:H.
Couche de convertisseur spectral innovante
Et si ces problèmes pouvaient être résolus simplement en appliquant une couche transparente spéciale sur le PC ? Dans une étude récente publiée dans le Journal de photonique pour l’énergieune équipe de recherche comprenant le Dr Pei Song de l’Université des sciences de l’ingénieur de Shanghai, en Chine, a développé un nouveau convertisseur spectral solaire utilisant un GdPO4 matériau vitrocéramique (GC) dopé aux ions praséodyme (Pr) et europium (Eu). Cette technologie pourrait conduire à des améliorations notables des performances et de l’applicabilité des cellules solaires.
L’application d’une couche vitrocéramique transparente dopée Pr3+/Eu3+ sur une cellule photovoltaïque la protège simultanément des rayons UV nocifs et convertit ce rayonnement UV en lumière visible, améliorant ainsi l’efficacité de la conversion lumière-énergie. Crédit: Journal de photonique pour l’énergie
Mécanisme et avantages de la nouvelle couche de conversion
L’objectif principal de GdPO4-GC:Union européenne3+/Pr3+ consiste à absorber les photons UV du rayonnement solaire et à les réémettre sous forme de lumière visible. Ceci est possible grâce au transfert d’énergie efficace qui se produit entre les ions du matériau. Lorsqu’un UV photon frappe un Pr3+ ion, il génère un état électronique excité. Cette énergie accumulée a de fortes chances d’être transférée à un Gd3+ ion, qui en libère une partie avant de transférer le reste vers un Eu3+ ion. En conséquence, les états électroniques excités dans l’UE3+ L’ion subit une transition descendante vers des états d’énergie inférieurs, émettant de la lumière visible.
Plusieurs expériences ont confirmé que D.ieu3+ les ions agissent comme des ponts entre Pr3+ et l’UE3+ ions dans ces transitions énergétiques. Ainsi, un mince GdPO transparent4-GC:Union européenne3+/Pr3+ La couche appliquée sur un PC le protège non seulement des photons UV, mais lui fournit également une lumière supplémentaire. De plus, cet effet protecteur aide à prévenir la photodégradation des PC pérovskites. Pendant ce temps, dans les PC pérovskite et a-SiC:H, la couche de conversion spectrale aide le système global à utiliser plus efficacement l’énergie du rayonnement solaire en le rendant « sensible » aux photons UV, qui autrement seraient gaspillés.
Applications potentielles et recherches futures
Notamment, le projet GdPO4-GC:Union européenne3+/Pr3+ Le matériau est simple à synthétiser via un processus de trempe par fusion conventionnel. De plus, comme le matériau est également remarquablement stable, il semble prometteur comme couche de protection pour les PC spatiaux, tels que ceux utilisés dans les stations spatiales. « De nos jours, les stations spatiales en expansion nécessitent davantage de puissance et ont besoin de PC hautes performances. En recouvrant la face supérieure d’un PC avec le matériau de conversion spectrale proposé et en utilisant une technologie d’encapsulation et de scellement appropriée, nous pouvons garantir des niveaux d’humidité très faibles et un recyclage efficace des UV », explique Song. « De plus, les matériaux GC ont une texture dure, ce qui leur permet de protéger les PC des impacts de minuscules débris flottants dans l’espace. »
D’autres études seront nécessaires pour améliorer encore l’efficacité des PC utilisant des matériaux GC dopés comme convertisseurs spectraux. Les chercheurs notent que les travaux futurs pourraient se concentrer sur l’amélioration de la rentabilité en ajustant les concentrations de dopage et en optimisant l’épaisseur de la couche protectrice.
Un pas vers une énergie solaire durable
« Avec des applications potentielles dans les PC terrestres et spatiaux, le développement de la rétrogradation spectrale Pr3+/UE3+ Les vitrocéramiques co-dopées pourraient ouvrir de nouvelles voies pour obtenir de meilleures performances dans les dispositifs photovoltaïques », conclut Song.
Espérons que l’énergie solaire se développera pour devenir non seulement une alternative écologique aux combustibles fossiles mais aussi la source d’énergie du futur !
