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At a laboratory bench, a thin layer of porous silicon dioxide is being asked to do two jobs on a solar panel’s front glass: let more sunlight through and let more heat escape. Researchers from Karlsruhe Institute of Technology in Germany and the University of Namibia report that their best two-layer coating reached 91.0% solar transmittance and 90% mid-infrared emissivity, versus 89.8% and 87% for bare glass.
Sur une paillasse de laboratoire, une fine couche de dioxyde de silicium poreux doit remplir deux fonctions sur le verre avant d’un panneau solaire : laisser passer davantage de lumière et évacuer plus de chaleur. Des chercheurs de l’Institut de technologie de Karlsruhe, en Allemagne, et de l’Université de Namibie indiquent que leur meilleur revêtement bicouche a atteint une transmission solaire de 91,0 % et une émissivité de 90 % dans le moyen infrarouge, contre 89,8 % et 87 % pour du verre nu.
The mechanism is built into the material’s pore structure. The coating reduces optical reflection at the glass surface while increasing the glass’s ability to emit thermal radiation in the mid-infrared range, addressing two sources of loss identified by corresponding author Gan Huang. The team made the layer through a sol-gel process using silica precursors and a pore-forming template, then sintered the samples at 450 C for one hour.
Le mécanisme repose sur la structure poreuse du matériau. Le revêtement réduit la réflexion optique à la surface du verre tout en augmentant sa capacité à émettre un rayonnement thermique dans le moyen infrarouge, s’attaquant ainsi à deux sources de pertes identifiées par l’auteur correspondant, Gan Huang. L’équipe a fabriqué la couche au moyen d’un procédé sol-gel utilisant des précurseurs de silice et un agent générateur de pores, puis a fritté les échantillons à 450 °C pendant une heure.
Thickness is the trade-off. A single layer produced solar transmittance of 90.9% to 91.0%, while thicker coatings pushed emissivity as high as 96%—around 10% higher than bare glass—but reduced solar transmission through scattering. The strongest overall balance came from two layers containing 0.40 g of Pluronic F127.
L’épaisseur constitue le compromis à trouver. Une seule couche a produit une transmission solaire de 90,9 % à 91,0 %, tandis que des revêtements plus épais ont porté l’émissivité jusqu’à 96 % — soit environ 10 % de plus que le verre nu — mais ont réduit la transmission solaire à travers la diffusion. Le meilleur compromis global a été obtenu avec deux couches contenant 0,40 g de Pluronic F127.
And so what, concretely? The researchers observed a roughly 1.2-percentage-point gain in transmittance. Assuming photocurrent scales approximately linearly with transmitted sunlight, they estimate that a photovoltaic module with 20% efficiency could reach approximately 20.25% from this optical gain alone. That is a laboratory estimate, not a demonstrated module-level result.
Et concrètement ? Les chercheurs ont observé un gain de transmission d’environ 1,2 point de pourcentage. En supposant que le photocourant évolue approximativement de façon linéaire avec la lumière solaire transmise, ils estiment qu’un module photovoltaïque affichant un rendement de 20 % pourrait atteindre environ 20,25 % grâce à ce seul gain optique. Il s’agit d’une estimation en laboratoire, et non d’un résultat démontré à l’échelle d’un module.
The next test is outside the glass sample: the team plans to integrate the coating with complete photovoltaic modules and measure electrical output and operating temperature outdoors. It also wants scalable large-area coating methods suitable for industrial cover glass, along with long-term durability and possible anti-soiling studies.
Le prochain essai sortira du cadre de l’échantillon de verre : l’équipe prévoit d’intégrer le revêtement à des modules photovoltaïques complets et de mesurer leur production électrique ainsi que leur température de fonctionnement en extérieur. Elle souhaite également mettre au point des méthodes d’application sur de grandes surfaces, adaptées au verre de protection industriel, et mener des études sur la durabilité à long terme et la résistance à l’encrassement.