Alors que la plupart des panneaux solaires actuellement utilisés reposent sur une technologie basée sur le silicium, des chercheurs de l’Université Martin-Luther de Halle-Wittemberg (Allemagne) ont trouvé une alternative qui pourrait révolutionner le marché. Car leurs cellules photovoltaïques se révèlent 1 000 fois plus puissantes. Une nouvelle avancée alors même que des scientifiques du MIT ont, eux, mis au point des panneaux plus fins qu’une feuille de papier.

Concrètement, l’innovation – qui a fait l’objet d’une publication dans le journal Science Advances – repose sur le principe de la ferroélectricité. Plutôt que des cellules solaires à base de silicium, une couche de trois cristaux ferroélectriques est capable de produire mille fois plus d’énergie. Il s’agit du titanate de baryum, du titanate de strontium et du titanate de calcium. Les titanates sont des composés inorganiques qui combinent un oxyde de titane à un autre oxyde. « La prise en sandwich d’un BaTiO3 ferroélectrique entre SrTiO3 paraélectrique et CaTiO3 sous une forme de super-réseau entraîne une amélioration forte et réglable du photocourant », détaille l’article scientifique.

À lire aussi : Reportage : comment sont fabriqués les panneaux photovoltaïques

De l’importance du système de couches

« Le principe ferroélectrique signifie que le matériau a des charges positives et négatives séparées dans l’espace, explique le physicien Akash Bhatnagar du Center for Innovation Competence SiLi-nano de MLU. La séparation de charge conduit à une structure asymétrique qui permet de générer de l’électricité à partir de la lumière. » Mais, pour vraiment décupler la production d’électricité, il importe que cette couche de matériaux ferroélectrique s’intercale entre deux couches paraélectriques différentes.

« Nous avons incorporé le titanate de baryum entre le titanate de strontium et le titanate de calcium,souligne Yeseul Yun, doctorante à l’UML et première autrice de l’étude. Pour ce faire, nous avons vaporisé les cristaux à l’aide d’un laser à haute puissance et les avons redéposés sur des substrats porteurs. On a ainsi obtenu un matériau composé de 500 couches d’une épaisseur d’environ 200 nanomètres. » [Un cheveu humain mesure environ 80 000 à 100 000 nanomètres de large, NDLR]

Une fois le prototype créé, il a été irradié par une lumière laser pour vérifier sa puissance. Même le groupe de recherche ne s’attendait pas à une telle efficacité. Par rapport au titanate de baryum pur d’une épaisseur similaire, le flux de courant était jusqu’à 1 000 fois plus fort. « La structure en couches présente un rendement supérieur à celui des ferroélectriques purs dans toutes les plages de température, ajoute Akash Bhatnagar. Les cristaux sont également beaucoup plus durables et ne nécessitent pas de protection spéciale. » Reste que les chercheurs doivent encore affiner leur étude pour pouvoir produire ces panneaux solaires à un niveau industriel

Par Florence Santrot