Résumé
Le photovoltaïque possède un très grand potentiel, non seulement du fait de la ressource qu’il utilise, mais aussi du fait que les performances des systèmes actuels, en dépit des impressionnants progrès réalisés ces dernières décades, restent encore très loin des performances théoriquement prédites. Un premier exemple est donné par l’écart entre les rendements des dispositifs commerciaux, de l’ordre de 25 %, ceux des meilleurs dispositifs en laboratoire (47 %) et ceux donnés par la théorie (93,3 %).
On peut tout d’abord essayer de comprendre ce qui limite les rendements des différents dispositifs en revisitant les bases de la théorie de la conversion photovoltaïque : en partant de la thermodynamique du rayonnement électromagnétique d’abord, puis en considérant des modèles plus spécifiques comme ceux inspirés par la théorie de Shockley and Queisser. On peut ensuite étudier les différentes options qui ont été proposées pour aller au-delà des dispositifs actuels : multijonctions, mais aussi approches alternatives telles que cellules à porteurs chauds, à bande intermédiaire, à conversion de photon… qui toutes ont le potentiel de s’approcher des limites ultimes de rendement.
Un autre axe d’amélioration des performances est donné par la quantité de matériau actif nécessaire pour obtenir une capacité de conversion d’énergie solaire donnée dans des conditions standard de fonctionnement. Grâce aux progrès de la photonique, il a été possible de reculer considérablement les limites théoriques et expérimentales sur ce point également.
Des résultats expérimentaux et des preuves de concept existent sur ces deux axes d’amélioration qui seront présentés.
