Pourraient les fluctuations quantiques être exploitées pour améliorer l’efficacité des panneaux solaires ?

Si les scientifiques sont corrects, le monde pourrait être au seuil d’une crise climatique. Étant donné cela, quelque chose doit être fait plus tôt que plus tard pour résoudre le problème. Pour beaucoup, le fruit facile pour lutter contre le changement climatique reste une transition loin de notre dépendance aux combustibles fossiles en tant que source d’énergie vers des options plus durables comme l’hydro, le vent, la géothermie et le solaire. Cependant, pour que cela se produise vraiment, un effort concerté doit être fait pour faire progresser la technologie derrière ces alternatives. Heureusement, les chercheurs travaillent déjà dur, avec plusieurs études récentes études qui montrent un avenir prometteur pour les cellules photovoltaïques, qui rendent possible la récolte d’énergie solaire.

Résonateurs en forme de nœud papillon

L’une de ces études a réussi à décrire un avenir dans lequel, grâce à la dépendance aux fluctuations quantiques, les ‘résonateurs en forme de nœud papillon’ peuvent potentiellement s’auto-fabriquer.

Les résonateurs en forme de nœud papillon sont un type de structure destiné à être utilisé dans les cellules photovoltaïques de nouvelle génération, construites dans le but de piéger la lumière dans un espace fermé. Le but de cela est de maximiser le temps de contact entre la lumière piégée et le milieu utilisé pour transférer/capturer l’énergie. Intéressant, les résonateurs en forme de nœud papillon sont nommés ainsi en raison de leur forme qui ressemble à celle d’un nœud papillon.

Typiquement, en l’absence de fuite, plus le résonateur est petit, plus il est efficace pour piéger la lumière – ce qui conduit à une efficacité et à une capture d’énergie plus élevées. Malheureusement, nous avons atteint un point dans le temps où les techniques de fabrication traditionnelles ont presque été maximisées. C’est là que l’étude intervient, qui a cherché à exploiter les fluctuations quantiques qui résultent des forces fondamentales connues sous le nom de,

• effet Casimir
• forces de Van der Waals

Le but de cela était essentiellement de guider l’auto-fabrication d’un résonateur beaucoup plus petit que ce qui est actuellement possible à grande échelle. Le résultat a été une avancée significative et réussie dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs, car l’équipe a pu exploiter les forces de Casimir-Van der Waals pour l’« auto-assemblage déterministe » de nanostructures en silicium suspendues et la création réussie d’un résonateur nanoscopique.

Que signifie cela ?

Les implications de cette technologie sont loin d’être négligeables, avec des applications potentielles dans divers domaines. L’article élabore sur ce point, en déclarant ce qui suit.

“Alors que notre travail met en évidence l’auto-assemblage de cavités photoniques avec une confinement de quelques nanomètres à l’échelle nanométrique, notre méthode peut être appliquée dans un domaine de recherche et de technologie beaucoup plus large, par exemple, la séquençage de nanopores à l’état solide, les électrodes de tunnel quantique à nanogap ou les masques d’ombre de haute qualité pour les dispositifs électroniques quantiques supraconducteurs.

Plus généralement, notre travail ouvre des perspectives pour explorer de nouveaux régimes de photonique, d’électronique et de mécanique à l’échelle atomique tout en permettant une intégration scalable et auto-alignée avec les architectures de puces à grande échelle.”

Le guide d’onde auto-assemblé est particulièrement intéressant en ce qui concerne l’interaction améliorée entre la lumière et la matière, permettant potentiellement le fonctionnement de dispositifs à des niveaux de photons uniques et facilitant de nouveaux niveaux d’efficacité encore inégalés dans les cellules photovoltaïques.

Cellules photovoltaïques à contact arrière

Notamment, ce n’est pas la seule avancée potentiellement révolutionnaire de ces dernières semaines entourant les cellules photovoltaïques. Les chercheurs de l’Université d’Ottawa (U of O) ont réussi à fabriquer les premières cellules photovoltaïques micrométriques à contact arrière.

Source: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325?via%3Dihub#abs0015

Essentiellement, il s’agit d’une nouvelle technique de fabrication qui réduit considérablement l’« effet d’ombre » dans une cellule photovoltaïque en repositionnant les contacts électriques sur son côté arrière. Cela signifie que le milieu de récolte d’énergie utilisé peut se vanter d’une surface plus grande, avec laquelle la lumière capturée peut interagir. Cette approche permet également une miniaturisation significative des cellules. Tout cela signifie une plus grande efficacité et rentabilité.

Applications alternatives

Intéressant, ces avancées discutées sont importantes pour plus que la simple récolte d’énergie solaire. Elles pourraient également potentiellement indiquer une voie à suivre pour la nanotechnologie dans son ensemble en démontrant la faisabilité de l’exploitation des fluctuations quantiques et des forces fondamentales comme l’effet Casimir et les forces de Van der Waals.

Les matériaux auto-fabriqués dirigés ouvriraient un nouveau domaine de possibilités dans la science des matériaux qui affecteraient profondément presque toutes les industries. Cela signifie des matériaux de construction plus légers et plus solides, des électroniques miniaturisées, des médicaments plus efficaces, des livraisons de médicaments ciblées, et plus encore.

En fin de compte, la nanotechnologie pourrait un jour transformer fondamentalement ces industries, ce qui en fait un domaine d’exploration scientifique et technologique particulièrement captivant et prometteur. Cependant, il est important de reconnaître qu’un résonateur en forme de nœud papillon auto-fabriqué dirigé n’est qu’une étape sur un marathon.

Acteurs de l’industrie

Alors que cela peut prendre quelques années avant de voir les résonateurs en forme de nœud papillon auto-assemblés et les cellules à contact arrière utilisés dans des applications réelles, ce sont les types d’avancées innovantes qui seront nécessaires si nous nous attendons à éviter, ou du moins à atténuer, la crise climatique potentielle que nous affrontons déjà. À cette fin, les entreprises suivantes sont quelques-unes des sociétés cotées en bourse fortement impliquées dans la croissance de l’industrie solaire et de la technologie qui la rend possible.

*Les chiffres fournis ci-dessous étaient exacts au moment de la rédaction et sont sujets à changement. Tout investisseur potentiel doit vérifier les métriques*

1. NextEra Energy Resources

(NEE )

NextEra Energy Resources est la première entreprise d’énergie propre en Amérique du Nord, leader dans la production d’énergie éolienne et solaire. Elle développe, construit et exploite des projets d’énergie électrique, y compris plus de 150 centres d’énergie universels éoliens et solaires dans 26 États des États-Unis et quatre provinces du Canada, produisant plus de 17 000 mégawatts d’énergie éolienne et solaire

2. First Solar

(FSLR )

First Solar conçoit et fabrique des systèmes d’énergie solaire et des modules solaires à l’aide de la technologie de semi-conducteur à film mince. Elle fournit également des services de soutien tels que la finance, la construction, la maintenance et le recyclage des panneaux à la fin de leur vie

3. SolarEdge Technologies

(SEDG )

SolarEdge Technologies est un leader mondial dans la technologie d’énergie intelligente. Elle propose des solutions pour la photovoltaïque, le stockage, la charge de véhicules électriques, les batteries, les alimentations sans interruption et les services de réseau. La société est connue pour sa solution d’onduleur DC optimisé SolarEdge, qui maximise la production d’énergie tout en réduisant le coût de l’énergie produite par les systèmes photovoltaïques

Pensées finales

Les avancées dans la technologie photovoltaïque, en particulier le développement de résonateurs en forme de nœud papillon auto-assemblés et de cellules photovoltaïques à contact arrière, marquent une étape significative pour relever les défis urgents du changement climatique. Ces innovations représentent plus que des progrès scientifiques ; ils sont des étapes critiques vers la réalisation d’un avenir énergétique durable.

À mesure que ces technologies se rapprochent d’une adoption généralisée, elles promettent de rendre l’énergie solaire plus efficace, rentable et accessible, accélérant ainsi la transition loin des combustibles fossiles. Ce progrès dans la technologie solaire n’est pas seulement conforme aux objectifs environnementaux, mais souligne également le potentiel de l’énergie renouvelable pour devenir une source d’énergie dominante et pratique dans un avenir proche.