L'avenir des cellules photovoltaïques

Les premières cellules photovoltaïques, développées dans les années 1950 pour alimenter les satellites de communication, étaient très inefficaces. Depuis cette époque, l'efficacité des cellules solaires n'a cessé d'augmenter tandis que les coûts ont baissé, même s'il reste encore beaucoup à faire. En plus d'un coût inférieur et d'une meilleure efficacité, les futurs progrès des matériaux photovoltaïques conduiront probablement à une utilisation plus large de l'énergie solaire pour de nouvelles applications respectueuses de l'environnement.

Les cellules photovoltaïques étaient la clé des premiers satellites de communication car peu d'alternatives pouvaient produire de l'électricité fiable pendant de longues périodes, en particulier sans entretien. Le coût élevé d'un satellite justifie l'utilisation de cellules solaires coûteuses pour l'énergie. Depuis lors, les coûts des cellules solaires ont considérablement baissé, conduisant à des appareils mobiles peu coûteux tels que des calculatrices solaires et des chargeurs de téléphones portables. Pour la production d'électricité à grande échelle, le coût de chaque watt d'électricité produit à partir du photovoltaïque reste plus élevé que les alternatives telles que l'énergie à partir du charbon ou de l'énergie nucléaire. La tendance générale à la baisse des coûts des cellules solaires devrait se poursuivre dans un avenir prévisible.

Une cellule solaire efficace produit plus d'électricité à partir d'une quantité de lumière donnée qu'une cellule inefficace. L'efficacité dépend de plusieurs facteurs, notamment les matériaux utilisés dans la cellule photovoltaïque elle-même, le verre utilisé pour recouvrir la cellule et le câblage électrique de la cellule. Des améliorations, telles que des matériaux qui convertissent une plus grande partie du spectre lumineux du Soleil en électricité, ont radicalement augmenté l'efficacité des cellules solaires. Les progrès futurs augmenteront probablement encore l'efficacité, en tirant plus d'énergie électrique de la lumière.

Une cellule photovoltaïque traditionnelle est une pièce plate en silicium, recouverte de verre et collée à un panneau métallique; c'est efficace mais pas très souple. Les recherches actuelles sur les matériaux photovoltaïques ont conduit à des cellules qui sont peintes sur une variété de surfaces, y compris du papier et des feuilles de plastique. Une autre technique place un film ultra-mince de matériau sur le verre, ce qui donne une fenêtre qui laisse entrer la lumière et produit de l'électricité. Une plus grande variété de matériaux photovoltaïques à l'avenir peut conduire à la peinture solaire, au pavage des routes, à une couche qui recharge votre téléphone portable et à d'autres applications avancées.

Les progrès de la nanotechnologie, l'étude des propriétés des matériaux aux niveaux atomique et moléculaire, ont un grand potentiel pour améliorer les cellules photovoltaïques. Par exemple, la taille des particules microscopiques dans les matériaux photovoltaïques affecte leur capacité à absorber des couleurs de lumière spécifiques; en ajustant la taille et la forme des molécules, les scientifiques peuvent augmenter leur efficacité. La nanotechnologie pourrait également conduire un jour à une imprimante 3D de bureau qui produira des cellules solaires de précision atomique et d'autres dispositifs à très faible coût.

Bien que les cellules photovoltaïques soient très prometteuses dans les applications futures, elles seront également confrontées à des limites physiques strictes. Par exemple, il est peu probable qu'une voiture de tourisme entièrement alimentée par le soleil ait les performances ou l'utilité d'un modèle à essence actuel typique. Bien que des véhicules propulsés par le soleil aient participé à des compétitions, ce sont pour la plupart des prototypes hautement spécialisés d'un million de dollars qui nécessitent des conditions désertiques ensoleillées. Le facteur limitant est la lumière solaire que reçoit la Terre, qui s'élève à 1 000 watts par mètre dans des conditions idéales. Le plus petit moteur électrique pratique pour une voiture nécessite environ 40 kW d'énergie; à 40 pour cent d'efficacité, cela signifie un panneau solaire de 100 mètres carrés ou 1 000 pieds carrés de superficie. D'un autre côté, un panneau solaire pratique pourrait un jour alimenter un petit véhicule runabout pour une utilisation occasionnelle ou prolonger l'autonomie d'un hybride rechargeable. L'énergie limitée de la lumière du soleil limite les performances de tout véhicule qui repose sur des cellules photovoltaïques.