L'Institut Fraunhofer de recherche sur les systèmes énergétiques solaires (ISE) de Fribourg a établi un record mondial de rendement électrique pour un système de concentration solaire par luminescence : 6,7%.
Le principe de cette technologie, déjà formulé en 1976 par Adolf Goetzberger, fondateur de l'ISE, est le suivant : des feuillets colorés recueillent une partie du spectre de la lumière du soleil, qui est ensuite conduite par réflexion totale jusqu'aux extrémités des feuillets où sont placées des cellules photovoltaïques (PV). Si la surface des bords des feuillets est plus petite que leur surface supérieure (surface d'incidence), on peut parler de concentration de la lumière. Ainsi, ce système permet de diminuer la quantité de cellule nécessaire et donc d'augmenter le rendement PV.
Les chercheurs de Fribourg avaient déjà développé le collecteur à fluorescence dans les années 1980. Ils espèrent aujourd'hui améliorer sa rentabilité à l'aide de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques. "Aujourd'hui, les cellules photovoltaïques à haut rendement existent. Nous avons repris nos recherches sur les collecteurs à fluorescence depuis un moment. Nous avons prouvé expérimentalement que nos calculs étaient bons.", commente Jan Christoph Goldschmidt, directeur de projet à l'ISE.
Le record a été atteint avec un empilement de deux feuillets fluorescents (jaune et rouge), recouverts par un thermoplastique transparent très répandu (PMMA ou polyméthacrylate de méthyle [1]), et représentant une surface incidente de 4 cm2. Sur les bords, 4,8 cm2 de cellules photovoltaïques InGaP ont converti la lumière sortante en électricité. Au total, 6,7% de l'énergie solaire incidente a ainsi été convertie en électricité. Une autre expérience, réalisée cette fois avec un unique feuillet d'une très grande surface et un matériau novateur à la place du PMMA, a également conduit à des résultats intéressants.
"Jusqu'à maintenant, plus de 25% de la lumière réémise par les molécules fluorescentes se perdaient à travers la surface supérieure des feuillets", explique M. Goldschmidt. L'emploi de nouvelles couches-filtres, des structures photoniques, a déjà permis d'améliorer de 20% le rendement. Avec seulement un feuillet, nous avons ainsi atteint un rendement supérieur à 3%. Et cela avec une surface de cellule PV correspondant à seulement un vingtième de la surface collectrice. Dans une prochaine étape, nous combinerons les deux approches : empilement de plusieurs couleurs et structures photoniques."
Les chercheurs de l'ISE se montrent confiants : selon eux, la technique sera utilisée pour des applications intégrées aux façades ou aux fenêtres des bâtiments. Mais avant cela, un important travail de développement reste encore à faire.
