L'énergie solaire de la prochaine génération : Des chercheurs japonais réalisent une percée dans le domaine du BPVE
Dans une cellule solaire classique, deux couches semi-conductrices dopées différemment forment une jonction p-n. À leur interface, un champ électrique interne se développe. Lorsque la lumière frappe la cellule, elle génère des électrons et leurs homologues chargés positivement. Le champ électrique les entraîne rapidement dans des directions opposées, créant ainsi un flux de courant. Toutefois, cette conception fondamentale s'accompagne d'une limite physique intégrée à la tension et à l'efficacité, connue sous le nom de limite de Shockley-Queisser ( ). Concrètement, même dans des conditions idéales d'ensoleillement, seul un tiers environ de l'énergie lumineuse peut être converti en électricité.
C'est là que l'effet photovoltaïque bulk (BPVE) entre en jeu. Contrairement aux cellules solaires traditionnelles, il ne repose pas sur une jonction p-n ou un champ électrique interne. Il exploite plutôt la structure atomique unique de certains cristaux dépourvus de symétrie miroir. L'effet se produit lorsque deux symétries sont brisées simultanément : Premièrement, la symétrie miroir spatiale doit être absente, ce qui permet à l'arrangement atomique asymétrique de pousser les électrons préférentiellement dans une direction lorsqu'ils sont exposés à la lumière. D'autre part, la symétrie d'inversion temporelle doit être brisée par un matériau magnétique, de sorte que les mouvements des électrons vers l'avant et vers l'arrière ne soient plus équivalents. Lorsque ces deux conditions sont réunies, la lumière seule peut générer un courant - sans jonction et au-delà de la limite de Shockley-Queisser.
Des chercheurs de Kyoto réalisent une percée dans le domaine des BPVE - des cellules solaires contrôlables par le magnétisme
Une équipe de chercheurs de l'université de Kyoto, dirigée par le physicien Kazunari Matsuda, a mis au point pour la première fois une cellule solaire sans jonction p-n conventionnelle, où les deux conditions critiques sont simultanément remplies :
- Une couche unique de semi-conducteur, atomiquement fine, garantit l'absence de symétrie miroir du matériau.
- Un cristal magnétique sous-jacent brise en outre la symétrie de renversement du temps.
L'université de Kyoto a annoncé cette percée le 24 juin. Cela permet à l'effet photovoltaïque de masse (BPVE) de se manifester pleinement : la lumière entraîne directement les électrons dans une direction, générant un courant sans qu'un champ électrique interne ne soit nécessaire. Le cristal magnétique fonctionne comme un bouton de commande finement réglable : l'application d'un champ magnétique externe permet d'activer ou de désactiver le courant, ou d'en moduler l'intensité. En théorie, les cellules solaires basées sur le BPVE pourraient capter davantage d'énergie de la lumière du soleil tout en étant ultra-minces, flexibles et même réglables par l'intermédiaire de champs magnétiques.
L'étude de huit pages, publiée dans Nature Communicationsest disponible gratuitement en ligne. L'université de Kyoto n'a pas fourni de calendrier de commercialisation, mais la technologie n'en est qu'à ses débuts. Néanmoins, des applications potentielles pourraient voir le jour dans un avenir proche, non seulement dans le domaine de la production d'énergie, mais aussi dans celui de la technologie des capteurs. Par exemple, les films BPVE ultraminces pourraient servir de "mini-centrales électriques" autoalimentées sur les étiquettes, les vêtements ou les dispositifs de surveillance de l'environnement. Ces films ne se contenteraient pas d'alimenter des capteurs de température, d'humidité ou de mouvement ; leur accordabilité magnétique pourrait également permettre de détecter l'intensité de la lumière, les champs magnétiques et même la polarisation de la lumière, le tout au sein d'une seule couche presque invisible.
