Kyushu University et la Johannes Gutenberg University Mainz ont annoncé le 25 mars 2026 un résultat de laboratoire qui remet sur le devant de la scène une idée ancienne, mais longtemps restée difficile à traduire en dispositif utile: obtenir plus de porteurs de charge que le nombre de photons absorbés. Leur montage atteint environ 130% de rendement quantique, ce qui revient à capter en moyenne 1,3 état excité exploitable par photon absorbé, selon les chercheurs. L’enjeu n’est pas un record de rendement de panneau prêt à poser sur un toit, mais une brique scientifique qui vise une cible très concrète: réduire les pertes fondamentales qui brident les cellules solaires classiques.
Le plafond de Shockley-Queisser, une limite structurelle des cellules à jonction unique
Le point de départ de cette course est connu depuis plus de soixante ans. En 1961, William Shockley et Hans Queisser ont formalisé une limite théorique pour une cellule photovoltaïque à jonction unique, le schéma dominant dans l’industrie du silicium. L’idée est simple: une cellule est optimisée pour une certaine énergie de photon, liée à son gap (l’écart d’énergie à franchir pour libérer un électron). Or la lumière du Soleil est un mélange très large de photons.
Deux pertes majeures en découlent. D’un côté, les photons de faible énergie, notamment dans l’infrarouge, ne suffisent pas à exciter un électron et passent sans produire de courant. De l’autre, les photons plus énergétiques que le gap déclenchent bien une excitation, mais l’excès d’énergie se dissipe sous forme de chaleur, un mécanisme de relaxation qui réduit l’efficacité globale. Cette double peine explique pourquoi, même avec des procédés industriels très optimisés, une partie importante du rayonnement reste inutilisée, et pourquoi l’augmentation de puissance passe souvent par plus de surface, des architectures multi-jonctions plus coûteuses, ou des gains incrémentaux sur l’optique et l’électronique.
La fission de singulet, ou comment un photon peut produire deux excitons
La piste explorée par l’équipe nippo-allemande s’appuie sur un phénomène de photophysique: la fission de singulet. Dans certains matériaux organiques, l’absorption d’un photon crée un exciton, une paire électron-trou liée. Dans le cas dit singulet, cet exciton peut, dans des conditions favorables, se scinder en deux excitons de type triplet, chacun portant une énergie plus faible. Si ces deux excitons triplets sont ensuite convertis en charges collectables, un seul photon peut contribuer à plus d’une unité de courant.
Le concept n’est pas nouveau et il a déjà donné des signaux forts. Des travaux publiés en 2013 avaient montré une efficacité quantique externe dépassant 100% sur certaines longueurs d’onde, signe qu’un dispositif pouvait, pour une fraction du spectre, générer plus d’un porteur de charge par photon incident. D’autres expériences ont aussi associé une couche de fission de singulet à du silicium en configuration tandem, avec des dépassements ponctuels de 100% sur des couleurs spécifiques. Le verrou, depuis des années, n’est pas de faire la fission, mais de récupérer proprement les excitons triplets avant qu’ils ne se perdent en recombinaison ou en transfert inefficace.
Le résultat à 130%: l’acceptation sélective des excitons triplets au cœur du progrès
Dans l’annonce du 25 mars 2026, les chercheurs mettent en avant un point de blocage très concret: la nécessité d’un accepteur d’énergie capable de capturer sélectivement les excitons triplets multipliés après la fission. Le chercheur Yoichi Sasaki résume ce goulot d’étranglement en expliquant qu’il fallait un matériau qui récupère ces triplets sans court-circuiter le mécanisme, ni favoriser des voies de pertes concurrentes.
Le chiffre de 130% de rendement quantique rapporté est un indicateur de laboratoire, utilisé pour mesurer la capacité d’un système à produire des états excités ou des porteurs à partir de photons absorbés. Il ne se confond pas avec l’efficacité énergétique finale d’un panneau en conditions réelles. Mais il compte pour une raison: il confirme qu’une extraction au-delà de l’unité n’est pas seulement observée de manière marginale, elle devient mesurable avec une marge significative, ce qui améliore la crédibilité d’une intégration future dans des architectures photovoltaïques.
Le travail illustre aussi une dynamique fréquente en science des matériaux: le progrès peut venir d’un détail d’interface, de transfert ou de sélectivité, plus que d’un nouveau matériau miracle. Ici, l’attention se porte sur la manière dont les excitons triplets sont remis à un système collecteur, une étape souvent plus difficile que la génération elle-même.
Une collaboration Kyushu-Mainz née d’un échange, et un signal pour la recherche européenne
Le récit de la collaboration souligne un aspect rarement mis en avant dans les communiqués technologiques: la circulation des personnes et des échantillons peut débloquer des impasses. Selon les chercheurs, le projet a démarré quand l’étudiant en échange Adrian Sauer a apporté des matériaux déjà étudiés de longue date dans son laboratoire d’origine à Mayence. Ce type de continuité est précieux dans un champ où la reproductibilité, la qualité des cristaux ou des couches organiques, et la maîtrise des interfaces peuvent faire la différence entre une belle idée et une mesure robuste.
Pour l’Europe, le signal est aussi politique au sens large: la recherche photovoltaïque n’est pas uniquement une bataille d’industrialisation, c’est une bataille de propriété intellectuelle et de savoir-faire sur les briques amont. Les cellules à base de silicium dominent la production mondiale, mais les ruptures potentielles, comme les tandems ou les couches de conversion photophysique, restent un terrain ouvert où des laboratoires européens et japonais peuvent peser.
Ce que cela change pour les panneaux: une voie surcouche compatible avec le silicium
La question clé est l’intégration. La fission de singulet intéresse l’industrie parce qu’elle peut, en théorie, être utilisée comme une couche additionnelle au-dessus d’une cellule en silicium, pour mieux valoriser les photons les plus énergétiques qui, sinon, perdent leur surplus en chaleur. Dans un schéma idéal, la couche de fission de singulet convertirait une partie du haut du spectre en deux excitations plus basses, mieux adaptées au gap du silicium, ce qui augmenterait le courant sans exiger une refonte totale des lignes de production.
Ce positionnement compatible est stratégique. Les technologies tandem les plus avancées, comme certaines architectures pérovskite-silicium, promettent aussi des gains, mais elles posent des questions de stabilité à long terme, de procédés industriels et d’encapsulation. Une couche organique de conversion par fission de singulet aurait ses propres défis, notamment la tenue aux UV, à l’oxygène et à l’humidité, mais elle vise une logique de complément plutôt que de remplacement.
Il faut aussi distinguer ce que mesure un rendement quantique supérieur à 100% et ce que demande un module photovoltaïque commercial. Un panneau doit maintenir ses performances sur des années, résister à des cycles thermiques, et garder une faible résistance série tout en limitant les recombinaisons. Le résultat annoncé porte sur la preuve qu’un mécanisme de multiplication d’excitons peut être exploité avec une collecte améliorée, une condition nécessaire avant toute optimisation système.
Les prochains verrous: stabilité, spectre solaire réel et passage à l’échelle
La marche suivante est connue des spécialistes: passer d’une démonstration photophysique à une architecture qui améliore un rendement de cellule sous spectre solaire complet, puis à un module. Cela implique de travailler sur l’épaisseur des couches, les pertes optiques, la gestion des interfaces et la compatibilité avec des procédés de dépôt reproductibles. La fission de singulet doit aussi rester efficace à température ambiante, sur des surfaces plus grandes, et dans des conditions où l’éclairement varie.
Un autre point critique est la sélectivité: capter les excitons triplets sans introduire de nouvelles voies de pertes. L’acceptation sélective mise en avant par l’équipe est un pas dans cette direction, mais l’industrialisation exigera une robustesse chimique et mécanique, et une intégration à des couches conductrices transparentes et des encapsulants. Dans le photovoltaïque, les gains de laboratoire doivent survivre à la réalité des défauts et des dispersions de fabrication.
Si ces obstacles sont franchis, l’intérêt est double: augmenter la puissance à surface égale, et réduire le coût du kilowattheure solaire en tirant davantage d’électricité de la même lumière. C’est aussi une manière de prolonger la trajectoire d’amélioration du silicium sans exiger que le marché bascule brutalement vers une technologie entièrement nouvelle.
