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Le MIT met au point un matériau presque parfait pour la production d’énergie solaire à grande échelle

Pour transformer en chaleur de manière optimale l’énergie solaire, il faut un matériau « idéal » capable d’absorber pratiquement toutes les longueurs d’onde de la lumière qui parviennent à la surface de la Terre depuis le soleil, sans toutefois trop absorber celles du reste du spectre, afin que l’énergie ré-irradiée par le matériau n’augmente pas et ne se perde pas au moment de la transformation.

• Il absorbe la lumière solaire depuis une vaste gamme d’angles et selon le spectre adéquat

• Il supporte des températures pouvant aller jusqu’à 1 000 degrés centigrades

• Il peut être fabriqué à grande échelle et à faible coût au moyen des technologies actuelles

Pour transformer en chaleur de manière optimale l’énergie solaire, il faut un matériau « idéal » capable d’absorber pratiquement toutes les longueurs d’onde de la lumière qui parviennent à la surface de la Terre depuis le soleil, sans toutefois trop absorber celles du reste du spectre, afin que l’énergie ré-irradiée par le matériau n’augmente pas et ne se perde pas au moment de la transformation. Des chercheurs de l’Institut technologique du Massachusetts (MIT) viennent de créer un matériau qui se rapproche beaucoup de cet idéal.

 

l’énergie solaire
Auteur de l’image : Fernando Tomás de Zaragoza via Flickr

Les défis qu’il fallait relever

Si l’on veut éviter que la température globale de la Terre augmente lors des prochaines décennies de plus de 2 degrés centigrades et ne pas subir les conséquences néfastes des effets que cette augmentation de température ne manquerait pas de produire, il faut augmenter la génération d’énergie issue de sources propres à faibles émissions de carbone, comme l’énergie solaire.

L’une des principales missions auxquelles le laboratoire de recherche en énergie solaire photovoltaïque du MIT a travaillé ces dernières années est la fabrication de photocellules plus efficaces que celles qui existent actuellement sur le marché, autrement dit de cellules qui augmentent le taux de lumière solaire se transformant en énergie. Pour cela il fallait à tout prix trouver des matériaux plus appropriés pour leur fabrication à grande échelle (moins rares et moins chers) et plus efficaces dans leur absorption des longueurs d’onde de la lumière solaire.

matériaux plus appropriés pour leur fabrication à grande échelle
Image : Jeffrey Chou (MIT).

Le travail de recherche et ses résultats

Or, un groupe de chercheurs du département d’ingénierie mécanique du MIT est parvenu à mettre au point un matériau qui réunit ces conditions : il s’agit d’un cristal photonique diélectrique à deux dimensions, presque idéal pour l’absorption solaire. Outre les caractéristiques qui le rendent quasi parfait – il absorbe aussi le spectre de lumière adéquat – soulignons qu’il est capable de supporter des températures pouvant aller jusqu’à 1 000 degrés centigrades (ce qui est nécessaire pour tirer le maximum de profit des systèmes qui concentrent la lumière solaire au moyen de miroirs), qu’il peut être fabriqué à bas coût et à grande échelle avec la technologie actuelle, et qu’il permet de contrôler très précisément sa capacité d’absorption. « Ce matériau étant composé de toute une série de nano-cavités, il est possible de syntoniser l’absorption en en changeant la taille » explique l’auteur principal de l’article, Jeffrey Chou (article publié dans la revue Advanced Materials).

Le nouveau matériau fonctionne à la manière d’une partie d’un dispositif solaire thermo-photovoltaïque (STPV) : il transforme la lumière solaire en chaleur, ce qui fait briller le matériau qui de la sorte émet de la lumière, laquelle est à son tour transformée en courant électrique.

L’équipe de chercheurs avait auparavant travaillé à un dispositif solaire thermo-photovoltaïque(STPV) formé de cavités. Comme ils l’expliquent sur le site web du MIT, jusque-là, personne n’avait tenté de placer un matériau diélectrique dans un intérieur de ce type. Lorsqu’ils ont tenté l’expérience, ils se sont rendu compte qu’il en ressortait des propriétés intéressantes pour l’exploitation de l’énergie solaire, liées à l’absorption et à l’émission adéquates de la lumière, ce qui augmentait le rendement du STPV.

L’investigation a eu le soutien du Solid-State Solar Thermal Energy Conversion Center et du département de l’Énergie des États-Unis. Jeffrey Chou espère que le système pourra être commercialisé d’ici à cinq ans.