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.
Comment optimiser l’absorption de la lumière solaire avec un minimum de matériau ? Cette question est centrale pour réduire l’impact environnemental et les coûts des cellules solaires. Habituellement, des couches absorbantes relativement épaisses sont utilisées, et on considère que l’absorption est optimale en piégeant la lumière avec une diffusion aléatoire : c’est la limite lambertienne (ou de Yablonovitch).
Dans cet article, les auteurs présentent un modèle universel pour calculer l’absorption maximale de la lumière (ou de toute onde) dans des matériaux absorbants. En décrivant les résonances multiples d’un système absorbant complexe, ils montrent que l’absorption maximale s’écrit simplement en fonction du coefficient d’absorption et de la longueur du trajet de la lumière. Et pour maximiser ce trajet, la meilleure solution est de dessiner sur la couche absorbante un motif régulier (périodique) et non aléatoire. Le propagation de la lumière est alors contrôlée et optimisée avec précision, et les limites conventionnelles peuvent être dépassées. Avec quelques formules simples, les auteurs apportent une réponse à un débat ancien sur la meilleure stratégie de piégeage de la lumière dans les cellules solaires, et sur l’absorption théorique maximale.
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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