La contrainte comme levier pour améliorer l'avenir du photovoltaïque ferroélectrique

Publié le 13/03/2019

Dans l'édition de mars de la revue scientifique en accès libre Science Advances de l'American Association for the Advancement of Science, un article intitulé « Increasing bulk photovoltaic current by strain tuning » (Augmenter le courant photovoltaïque par réglage des contraintes) a été publié. Des chercheurs du LIST spécialisés dans la recherche de matériaux ferroïques pour les transducteurs, Shankari Nadupalli, Torsten Granzow et le professeur Jens Kreisel, désormais vice-recteur de l'Université du Luxembourg, ont rédigé l'article qui représente la toute première description d'un nouvel effet physique.

La ferroélectricité comme alternative

Tout au long de l'article, les chercheurs se concentrent sur des phénomènes photovoltaïques, qui permettent de créer une tension et un courant électrique sous l'effet de la lumière, et démontrent précisément comment améliorer le courant du matériau photovoltaïque non conventionnel par la contrainte mécanique. Ces matériaux diffèrent des matériaux classiques, composés de silicium cristallin, qui dominent actuellement le marché. Les matériaux étudiés par les chercheurs du LIST sont les photovoltaïques ferroélectriques, qui constituent un domaine d'intérêt très récent pour la recherche de matériaux photovoltaïques plus efficaces dans le cadre de diverses applications connexes telles que les produits électroniques, les panneaux solaires, etc.

Grâce à leur travail, ils ont pu apporté la preuve d'un effet « piézo-photovoltaïque » purement intrinsèque qui conduit à une augmentation linéaire de la densité du courant photovoltaïque soumis à une contrainte. L'augmentation atteint 75 % dans le cadre d'un faible effort de compression uniaxiale de 10 MPa, correspondant à une contrainte de seulement 0,005 %.

«Pour le photovoltaïque « standard » basé sur des semi-conducteurs, il existe la limite de Shockley-Queisser pour l'efficacité. Le photovoltaïque ferroélectrique n'est pas limité de cette manière et permet donc potentiellement une efficacité très élevée » explique Torsten Granzow, l'un des coauteurs.

Cet article a été rédigé dans le cadre des projets de recherche « Stress-modulated Bulk Photovoltaic Effect in Polar Oxide Ceramics  (S-MOD PV) et « Coupling in Multifunctional ferroic materials » (CO-FERMAT), tous deux financés par le Fonds National de la Recherche (FNR) du Luxembourg.

Vers une nouvelle génération de systèmes photovoltaïques

Les résultats sont fort intéressants. Ils pourraient accroître encore l'intérêt d'une nouvelle génération de matériaux photovoltaïques basés sur la ferroélectricité. Dans les années qui viennent, les chercheurs espèrent créer une bonne augmentation de l'efficacité des systèmes multi-jonctions, en combinant les systèmes photovoltaïques ferroélectriques avec les techniques conventionnelles.

Pour atteindre un tel objectif, la recherche sur le sujet est loin d'être achevée. Un projet de suivi intitulé « Photovoltaics: Advanced Concepts for High Efficiency » (PACE) a été accepté pour un financement par le FNR. Dans le cadre de ce projet, le LIST et ses partenaires visent à développer une cellule photovoltaïque à base de ferroélectricité comme cellule supérieure à bande interdite large pour une cellule solaire multi-jonctions, en utilisant l'effet piézo-photovoltaïque récemment découvert pour accroître l'efficacité.

> Lire l'intégralité de l'article intitulé « Increasing bulk photovoltaic current by strain tuning » sur le site web de Science Advances

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Dr Torsten GRANZOW
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