Les façades colorées qui alimenteront les bâtiments solaires de demain
Les bâtiments sont responsables de 36 % des émissions de gaz à effet de serre dans l’UE. Une meilleure utilisation de l’énergie solaire par le développement d’une technologie photovoltaïque plus efficace sera essentielle pour réduire cet impact et atteindre l’objectif de neutralité climatique de l’UE d’ici 2050. Le projet PEDAL a franchi des étapes concrètes en proposant des innovations qui pourraient permettre la mise au point de dispositifs solaires non seulement plus efficaces sur le plan énergétique, mais aussi plus agréables à regarder. Financé par le Conseil européen de la recherche (CER), le projet s’est concentré sur deux types de dispositifs: les concentrateurs solaires luminescents et les couches minces de rétrogradation optique. Ces deux dispositifs permettent de collecter le rayonnement solaire à l’aide de fines couches de matériau qui peuvent être utilisées pour créer des éléments de façade ou de vitrage pour les bâtiments. Les chercheurs ont étudié comment les interactions plasmoniques entre les nanoparticules et les matériaux luminescents – boîtes quantiques ou colorants – pourraient accroître l’efficacité énergétique de ces dispositifs.
Exploiter la technologie des cellules solaires existante
Dans les couches minces de rétrogradation optique renforcées par des plasmons (PLDS), les photons à haute énergie qui ne sont pas utilisés efficacement par la technologie existante sont rétrogradés vers la production d’une énergie plus faible. Cela signifie qu’ils peuvent être convertis en électricité de manière plus efficace, en utilisant différentes technologies de cellules solaires. Les PLDS sont directement couplés à des cellules solaires fixées derrière les couches minces. Les concentrateurs solaires luminescents renforcés par des plasmons (PLSC) permettent d’augmenter la concentration du rayonnement solaire diffus, que la technologie existante est incapable de collecter efficacement. Les photons sont concentrés au bord du dispositif PLSC, où ils sont convertis en électricité. «Grâce à nos travaux, le tout premier concentrateur solaire luminescent plasmonique et le tout premier module à couches de rétrogradation ont été produits et testés intensivement dans des conditions météorologiques réelles et à l’intérieur de bâtiments», explique Sarah McCormack, professeure agrégée au Trinity College de Dublin. «Le module concentrateur développé a été capable de capter le rayonnement solaire diffus pour produire des rendements 12 fois supérieurs à ceux obtenus par des cellules solaires non équipées de notre dispositif.» L’équipe PEDAL a mis au point une méthodologie complète pour créer les dispositifs et favoriser les interactions plasmoniques entre les nanoparticules métalliques et le matériau luminescent. Ils ont également créé un modèle mathématique permettant d’optimiser ces interactions. Les deux dispositifs peuvent être déployés en tant qu’éléments de construction transparents ou non transparents colorés.
Un potentiel de marché élevé
La possibilité de les combiner avec tous les dispositifs de cellules solaires existants signifie qu’il y a un potentiel élevé en matière de commercialisation et de déploiement de ces technologies. Pour y parvenir, il faudra établir un processus de fabrication à grande échelle, explique Sarah McCormack. Celui-ci inclura la synthèse de nanoparticules métalliques à un niveau commercial en utilisant la méthodologie développée par PEDAL. «Nous prévoyons de travailler avec Enterprise Ireland pour développer davantage la technologie et demander un financement de preuve de concept afin de permettre la commercialisation de ces dispositifs», ajoute-t-elle. Sarah McCormack et ses collègues poursuivent également le développement de cette technologie. Le projet IDEAS sur l’intégration des technologies d’énergie renouvelable dans les bâtiments, qui réunit 14 partenaires, s’appuie sur les résultats de PEDAL. Le projet à grande échelle de l’UE exploite la technologie PLDS pour un composant intégré au bâtiment qui fait actuellement l’objet d’une démonstration dans des bâtiments en Irlande et en Italie.
Mots‑clés
PEDAL, efficacité énergétique, technologie photovoltaïque, concentrateurs solaires luminescents, rétrogradation optique, interactions plasmoniques, boîtes quantiques, PLDS, PLSC, cellules solaires