Le soleil est une formidable source d’énergie.

Aliénor Togonal, Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (LPICM)

Imaginez qu’il soit possible pendant une petite heure d’emmagasiner l’énergie lumineuse émise par notre soleil et captée à la surface de notre terre. Et bien avec cette énergie, nous pourrions couvrir  les besoins énergétiques mondiaux donc de toute l’humanité pendant un an.

Pourtant le photovoltaïque représente à peine 1% de la production mondiale d’électricité. Et la raison, c’est le coût car il faut environ 10 à 15 ans pour amortir une installation de panneaux photovoltaïques. On peut donc se demander pourquoi l’énergie solaire est-elle si chère. Et bien c’est à cause du matériau que nous utilisons pour fabriquer  les panneaux photovoltaïques: le silicium.  Ce n’est  pas parce qu’il est rare, bien au contraire : le silicium c’est le second élément le plus abondant à la surface de la terre. Et c’est qui constitue par exemple  le sable sur nos plages. Mais le problème, c’est lorsque nous voulons  l’utiliser dans des panneaux photovoltaïques, il faut le purifier, le raffiner  via des procédés extrêmement  coûteux, d’où le manque de compétitivité de l’énergie solaire. Une manière concrète de réduire les coûts liés à l’utilisation du silicium, ce serait d’en utiliser moins. Il faut savoir que dans un panneau photovoltaïque classique, il faut environ 200 µm de silicium, c’est-à-dire  l’équivalent de l’épaisseur de deux feuilles de papiers pour absorber l’essentiel de l’énergie lumineuse.  Vous allez me dire, l’épaisseur de deux feuille de papiers, ce n’est pas beaucoup mais c’est encore beaucoup trop. Et dans mon projet de thèse, je propose d’utiliser seulement 2% de cette épaisseur.

Quelle est ma stratégie ? Et bien pour cela j’utilise ce que l’on appelle  des nanofils de silicium. Pour vous les imaginez,  vous pouvez vous représenter mes nanofils comme une brosse dont chaque poil aurait  un diamètre inférieur à 1000 fois celui d’un cheveu. Ces nanofils ont pour particularité de piéger la lumière : c’est à dire que les rayons lumineux s’y perdent comme dans un labyrinthe inextricable jusqu’à absorption totale. Grâce à cette propriété remarquable, seule une couche couche très fine de nanofils de silicium est nécessaire pour absorber l’essentiel de la lumière. Et ce qui est fascinant, c’est que je n’ai pas changé le matériau utilisé dans les cellules solaire. J’ai juste changé sa géométrie, sa forme.  J’utilise des cylindres au lieu d’une structure planaire. Et seulement en changeant sa forme, je peux augmenter  drastiquement ses qualités d’absorption de la lumière. Il faut savoir que le silicium à l’état naturel est  de couleur gris claire, mais lorsqu’il se présente sous forme de nanofils, le silicium a une couleur noire très sombre, très mate  signe que toute la lumière est absorbée au sein de mon  réseau de nanofils.  Mon projet de thèse est d’autant plus concret que je fabrique ces cellules solaires fonctionnelles avec des procédés facilement transférables à l’échelle industrielle.

Alors vous êtes prêts pour la transition énergétique ?

 

Alienor Togonal est en 3ème année de thèse au Laboratoire de Physique des Interfaces et Couches Minces (École Polytechnique).

Elle étudie "Les cellules solaires à base de nanofils de silicium".