Des chercheurs de Stanford développent des cellules solaires qui s’auto-refroidissent

Le système de l’Université de Stanford utilise une couche de verre en forme de micro-pyramides et cônes pour évacuer la chaleur
Les cellules photovoltaïques sont l’une des sources d’énergie alternatives les plus prometteuses. Mécaniquement, elles sont très simples, sans pièce mobile, sont propres et sans émission.

Malheureusement, elles sont également inefficaces.

Une des raisons à cela est qu’elles sont en surchauffe, un problème qu’une équipe de l’Université de Stanford sous la direction du professeur de génie électrique Shanhui Fan, s’est attaquée en élaborant une mince couche de verre qui fait que les cellules solaires s’auto-refroidissent.



Malgré de nombreux progrès au cours des dernières décennies, les cellules solaires souffrent de problèmes d’efficacité. Seule une petite quantité de l’énergie des rayons du soleil qui tombe sur les cellules solaires est convertie en électricité, avec un pic d’efficacité en dessous de 20 % pour la plupart des cellules sur le marché aujourd’hui.

La surchauffe est un problème constant parce que la lumière solaire utilisée pour produire de l’électricité chauffe régulièrement les panneaux à 55 ⁰C ou plus.


Cette chauffe provoque toutes sortes de problèmes – et l’une des moindres, est une chute spectaculaire de l’efficacité. Selon l’équipe de Stanford, chaque degré Celsius de hausse de la température a pour conséquence une baisse de l’efficacité de 0,5 %. Tout aussi désagréable, à chaque augmentation de température de 10 ⁰ C, le taux de détérioration des cellules double.


Le refroidissement est une étape évidente, mais la question est de savoir comment faire ? Les systèmes actifs, tels que les pompes de refroidissement ou de ventilation, consomment de l’énergie, et les systèmes passifs ne sont pas très efficaces et peuvent interférer avec le fonctionnement du panneau.


La solution développée par Shanhui Fan, qui a précédemment appliqué des principes similaires au refroidissement passif pour les bâtiments, est un système où les cellules solaires ordinaires reçoivent une très fine couche de verre de silice avec une forme spéciale qui est conçue pour extraire la chaleur à partir des cellules d’une manière qui ne nécessite aucune énergie et exploite la fenêtre infrarouge de l’atmosphère pour évacuer la chaleur.


Le motif est constitué de micro-pyramides et de micro-cônes qui mesurent seulement quelques microns d’épaisseur, qui sont dimensionnés et formés pour éloigner la chaleur sous forme de rayonnement infrarouge vers le sommet de la couche, où il rayonne et se disperse dans l’atmosphère.


Cela est basé sur le fait que les différentes longueurs d’onde de la lumière ont des propriétés différentes et réfractent différemment. L’équipe de Stanford a adapté la couche de verre de silice pour permettre à la lumière visible d’entrer à la chaleur sous forme de lumière infrarouge de sortir.

« La silice est transparente à la lumière visible, mais il est également possible d’affiner la façon dont elle plie et réfracte la lumière de longueurs d’onde très spécifiques», souligne Shanhui Fan. « Une couche de silice soigneusement conçue ne dégraderait pas les performances de la cellule solaire, mais elle améliorerait le rayonnement à des longueurs d’onde thermiques prédéterminées afin de renvoyer plus efficacement la chaleur de la cellule solaire. »

L’équipe de Stanford teste et affine la couche de refroidissement dans le but d’abaisser la température de fonctionnement du panneau solaire afin de le rendre plus efficace avec une durée d’exploitation plus longue.