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Les générateurs solaires traditionnels, comme les panneaux photovoltaïques, dominent largement le marché des énergies renouvelables. Cependant, les générateurs thermoélectriques solaires (STEG) offrent une alternative intrigante, bien que leur efficacité ait longtemps été limitée. Grâce à des recherches récentes menées par l’Université de Rochester, l’efficacité de ces générateurs a été multipliée par 15. Cette percée pourrait modifier la perception de ces dispositifs comme sources viables d’énergie propre.
Le principe du générateur thermoélectrique solaire
Le STEG fonctionne sur un principe appelé effet Seebeck. Celui-ci repose sur la différence de température entre deux conducteurs distincts pour produire de l’électricité. Concrètement, un côté du dispositif est chauffé par l’énergie solaire tandis que l’autre reste froid, ce qui génère un flux électrique à travers les semi-conducteurs. L’un des avantages majeurs des STEG est leur état solide sans pièces mobiles, permettant une utilisation variée des sources de chaleur.
Malgré sa simplicité apparente, l’efficacité des STEG a historiquement été inférieure à 1 % en termes de conversion de la lumière solaire en électricité. À titre de comparaison, les cellules solaires en perovskite/silicium dépassent souvent les 30 % d’efficacité. Cette disparité a longtemps restreint l’adoption des STEG dans le secteur énergétique.
Une avancée majeure en matière d’efficacité
Les chercheurs de l’Université de Rochester ont récemment réalisé une avancée significative dans l’amélioration des STEG. En se concentrant sur les matériaux constituant les côtés chaud et froid du dispositif, plutôt que sur les semi-conducteurs eux-mêmes, ils ont réussi à atteindre une efficacité de conversion de 15 %. Cette approche innovante diffère des recherches antérieures qui se concentraient principalement sur les améliorations des matériaux semi-conducteurs.
« Pour des décennies, la communauté scientifique s’est concentrée sur l’amélioration des matériaux semi-conducteurs des STEG, réalisant des gains modestes en efficacité globale. » – Chunlei Guo
En combinant une meilleure absorption de l’énergie solaire et une dissipation thermique optimisée, l’équipe de recherche a réalisé une amélioration remarquable de l’efficacité des STEG.
Le rôle crucial du métal noir
Pour maximiser l’absorption de chaleur, l’équipe a utilisé un métal noir innovant, initialement créé à partir de tungstène. En appliquant des impulsions laser ultra-courtes sur ce métal, sa surface a été modifiée pour mieux absorber et retenir la chaleur solaire. Cette technique a permis de transformer le tungstène en une couleur noire absorbante, améliorant ainsi ses propriétés thermiques.
Ensuite, le tungstène a été recouvert d’une mince couche de plastique, agissant comme une mini-serre, pour encore améliorer la rétention de chaleur. Parallèlement, le côté froid du STEG a été optimisé grâce à l’utilisation d’aluminium gravé, créant un dissipateur thermique extrêmement efficace.
Applications potentielles des STEG améliorés
Bien que ces STEG ne soient pas encore prêts à alimenter le réseau électrique à grande échelle, les chercheurs voient un potentiel dans des applications nécessitant moins d’énergie. Par exemple, ils pourraient être utilisés dans des objets connectés, des appareils portables ou des habitations individuelles en milieu rural.
Cette technologie a été testée avec succès en alimentant une série de lampes LED, démontrant son potentiel dans des contextes nécessitant une puissance modeste. Cette avancée ouvre la voie à de nouvelles applications pour les STEG, élargissant ainsi leur utilité au-delà des limites actuelles.
Alors que les technologies énergétiques continuent d’évoluer, les STEG améliorés pourraient jouer un rôle crucial dans la diversification des sources d’énergie renouvelable. Quels autres obstacles devront être surmontés pour que cette technologie devienne une source d’énergie viable à grande échelle ?
