Comment mieux absorber
la lumière du soleil ?
Dans cet article paru dans la revue PRX Energy, Stéphane Collin et Maxime Giteau propose une équation très simple pour déterminer l’absorption maximale de la lumière dans un matériau donné.
Quelle peut être l’épaisseur minimale d’une cellule solaire tout en lui permettant d’absorber la majeure partie de la lumière solaire ? Cette question est centrale pour réduire l’utilisation de matériaux, les coûts et l’impact environnemental des technologies énergétiques. En général, une absorption efficace nécessite des couches relativement épaisses, avec une limite d’amélioration bien connue fixée par la diffusion aléatoire de la lumière : la limite de Lambert (ou de Yablonovitch).
Dans cet article, les auteurs présentent un cadre universel pour calculer l’absorption maximale possible de la lumière (ou de toute onde) dans des matériaux à pertes. En exploitant plusieurs résonances qui se chevauchent, ils dérivent une formule simple pour la limite supérieure d’absorption qui repose sur le coefficient d’absorption du matériau et une longueur de trajet effective. La longueur de trajet effective peut être maximisée grâce à une absorption multirésonante induite par des motifs périodiques, dépassant ainsi les limites conventionnelles et apportant une réponse au débat de longue date sur la meilleure stratégie de piégeage de la lumière dans les cellules solaires.
Nos résultats ouvrent la voie à des cellules solaires ultrafines à haut rendement, permettant une fabrication avec une consommation de matériaux et une empreinte carbone réduites, ainsi que la conception de dispositifs flexibles
Au-delà du domaine de l’optique et du photovoltaïque, ce formalisme général peut s’appliquer à tout type d’onde électromagnétique et mécanique, et devrait guider le développement de détecteurs et d’absorbeurs ultra-minces à large bande pour les ondes radar, de puits acoustiques compacts, de l’atténuation des ondes sismiques, ou de la récupération d’énergie des vagues océaniques.
« Upper bounds on broadband absorption and application to solar cells »
Une étude de Stéphane Collin, Directeur de recherche CNRS au C2N et Maxime Giteau, Chargé de recherche CNRS au laboratoire PROMES.PRX Energy, Vol. 5, Iss. 2 – Published 26 May, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/1tzg-hgqx
Ces travaux entrent dans le cadre du projet IOTA du PEPR TASE, piloté par Stéphane Collin, qui vise à développe de nouvelles solutions à faible coût et à haut rendement pour des cellules solaires tandem.
Le projet se concentre sur les cellules solaires tandem en couches minces sur silicium afin de tirer parti de la technologie du silicium industriellement mature pour la cellule inférieure. Il explore plusieurs solutions pour la cellule supérieure en utilisant des matériaux déjà disponibles dans la communauté. L’objectif est d’atteindre des rendements de conversion supérieurs à 30% avec des procédés industrialisables à faible coût, en proposant des solutions de rupture.
Des briques technologiques transversales sont développées (gestion de la lumière, dépôt de matériaux, couches d’interface, procédés d’intégration). Elles seront versatiles et compatibles avec différentes architectures de cellules et différents types de couches minces afin de tirer parti des derniers développements.
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