Or la décarbonation du réseau électrique joue un rôle important dans l’atteinte d’un tel objectif. Le Canada a d’ailleurs inscrit dans la loi sa volonté de neutraliser ses émissions de gaz à effet de serre d’ici 2050; pour y arriver, il devra se donner plusieurs trajectoires de décarbonation profonde, notamment l’électrification de son approvisionnement en énergie au moyen de l’éolien ou du solaire.
Ce sont les cellules photovoltaïques qui convertissent la lumière du soleil en électricité. Zhaoxin Zhang, étudiant de premier cycle, travaille sous la direction du professeur Jacob Krich à en améliorer l’efficacité, c’est-à-dire la portion de l’énergie solaire qu’elles arrivent à transformer. Cette efficacité, combinée à la latitude et aux conditions climatiques, détermine à son tour la quantité d’énergie produite dans l’année par un système photovoltaïque composé de ces cellules. La plupart des cellules photovoltaïques actuelles sont faites d’un seul semi-conducteur, le silicium, mais il existe de nouveaux matériaux théoriquement plus efficaces, capables d’absorber davantage de lumière pour produire une tension plus élevée. Cependant, bien que l’on étudie ces matériaux dits « de bande intermédiaire » depuis vingt ans, aucun n’a encore permis de fabriquer une cellule solaire hautement efficace.
Zhaoxin Zhang s’est penché sur une nouvelle façon de les utiliser : au lieu de placer le nouveau matériau au centre, comme dans une cellule solaire à bande intermédiaire (IBSC) classique, il a tenté de le mettre plutôt à l’arrière, dans un dispositif appelé ECUC (pour « electronically couple upconverter », que l’on pourrait traduire par « convertisseur ascendant à couplage électronique »). En concevant ce dispositif selon des principes de physique théorique et en effectuant une simulation avancée dans MATLAB, l’étudiant-chercheur a démontré qu’on pouvait obtenir une efficacité supérieure en plaçant dans un ECUC un matériau de bande intermédiaire pourtant inefficace dans une IBSC. Il est le premier à avoir étudié le comportement des ECUC avec les matériaux imparfaits dont nous disposons aujourd’hui. En analysant l’efficacité de cellules photovoltaïques en fonction des caractéristiques – bande interdite et qualité – du matériau utilisé dans la bande intermédiaire, il a défini un cadre clair en ce qui concerne les matériaux les plus prometteurs à court terme.
En juin 2021, Zhaoxin Zhang a présenté ses résultats dans une affiche et un manuscrit à la 48e conférence des spécialistes du photovoltaïque de l’IEEE. Il espère qu’un jour, la technologie photovoltaïque produira suffisamment d’énergie propre pour atténuer les effets des changements climatiques causés par les gaz à effet de serre. L’étudiant attribue son succès à la direction et à l’encadrement du professeur Krich et au soutien de son groupe de recherche. Il a reçu une bourse de l’Association des professeur.e.s de l’Université d’Ottawa en 2019 et 2020, et est inscrit au palmarès du doyen (2018-2021) avec une MPC de 9,92 à la fois au Département de génie électrique et au Département de physique. Zhaoxin Zhang étudie actuellement l’information quantique et se prépare à faire des études supérieures à l’Université de Waterloo.
Pour en savoir plus :
- Site Web du Laboratoire Krich (en anglais seulement)
