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Le mystère des défauts des cellules solaires résolu après des décennies d'efforts mondiaux

ferme solaire en silicium

Une équipe de scientifiques de l'Université de Manchester a résolu une faille majeure dans les panneaux solaires après des années de recherche dans le monde entier.

Les panneaux solaires font partie des systèmes les plus disponibles de production d’énergie par le biais de sources renouvelables en raison de leur coût relatif et de la disponibilité pour le consommateur. Cependant, la majorité des cellules solaires n'atteignent que% d'efficacité 20 - pour chaque kW de lumière solaire équivalente, environ 200W d'énergie électrique peut être généré.

À présent, une équipe internationale de chercheurs a résolu le problème fondamental des défauts matériels, qui limite et dégrade l'efficacité des cellules solaires. Le problème est connu et étudié depuis plus de 40, et plus de documents de recherche sur 270 ont été attribués au problème sans solution.

Les nouvelles recherches montrent la première observation d’un défaut de matériau inconnu jusqu’à présent, qui limite l’efficacité des cellules solaires au silicium.

Le professeur Tony Peaker, qui a coordonné les recherches publiées dans le Journal of Applied Physics, a déclaré: «En raison de son impact environnemental et financier, la« dégradation de l'efficacité »des panneaux solaires a fait l'objet de nombreux intérêts scientifiques et techniques au cours des quatre dernières décennies. Cependant, malgré les efforts des meilleurs spécialistes du secteur, le problème a toujours résisté jusqu'à la résolution du problème. »

«Au cours des premières heures de fonctionnement, après l'installation, l'efficacité d'un panneau solaire passe de 20% à environ 18%. Une baisse absolue de l'efficacité en% 2 peut sembler une mince affaire, mais si vous considérez que ces panneaux solaires sont maintenant responsables de la fourniture d'une fraction importante et en croissance exponentielle des besoins énergétiques mondiaux totaux, il s'agit d'une perte importante de capacité de production d'électricité . "

Le coût énergétique de ce manque à gagner par rapport aux mesures de la capacité solaire installée dans le monde, exprimée en gigawatts de 10, équivaut à plus d'énergie que ne le produit le total combiné de centrales nucléaires 15 du Royaume-Uni. Le déficit solaire doit donc être couvert par d'autres sources d'énergie moins durables, telles que la combustion de combustibles fossiles.

L'approche expérimentale et théorique multidisciplinaire utilisée par les chercheurs a identifié le mécanisme responsable de la dégradation induite par la lumière (LID). Combinant une technique électrique et optique spécialisée, connue sous le nom de «spectroscopie transitoire de niveau profond» (DLTS), l'équipe a découvert l'existence d'un défaut matériel qui demeurait initialement en sommeil dans le silicium utilisé pour la fabrication des cellules.

La charge électronique dans la masse de la cellule solaire en silicium est transformée par la lumière du soleil, qui fait partie de son processus de génération d'énergie. L’équipe a constaté que cette transformation implique un «piège» très efficace empêchant l’écoulement de porteurs de charge photoélectriques (électrons).

Le Dr Iain Crowe a déclaré: «Ce flux d'électrons détermine la taille du courant électrique qu'une cellule solaire peut transmettre à un circuit. Tout ce qui l'entrave réduit efficacement l'efficacité de la cellule solaire et la quantité d'énergie électrique pouvant être générée pour un niveau de lumière donné. Nous avons prouvé que le défaut existait, c'est maintenant un correctif technique nécessaire. ”

La technique standard utilisée par l'industrie pour déterminer la qualité du silicium mesure la «durée de vie» des porteurs de charge, qui est plus longue dans un matériau de haute qualité avec moins de «pièges». Les chercheurs de Manchester, dirigés par le professeur Matthew Halsall, ont découvert que leurs observations étaient fortement corrélées à cette durée de vie du porteur de charge, qui était réduite de manière significative après la transformation du défaut sous éclairage. Ils ont également noté que l'effet était réversible et que la durée de vie augmentait à nouveau lorsque le matériau était chauffé à l'obscurité, processus couramment utilisé pour éliminer les «pièges».

Le débat sur la crise climatique s'est intensifié dans la mémoire récente et le mouvement en faveur des énergies renouvelables a été perçu comme un changement de politique majeur. Bien que le Royaume-Uni ait récemment battu son précédent record de passer une semaine sans utiliser d'énergie produite à partir de charbon, le même mois a vu le CO2 atmosphérique dépasser le plus haut niveau de l'histoire de l'humanité.

L’énergie est l’un des phares de recherche de l’Université de Manchester - exemples de découvertes pionnières, de collaboration interdisciplinaire et de partenariats intersectoriels qui abordent certaines des plus grandes questions auxquelles la planète est confrontée.

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