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Conversion photovoltaïque par résonance topologique : dépasser la limite de Shockley–Queisser via le couplage photon–électron dans l'espace des phases

Authors: Cariou, Lilian;

Conversion photovoltaïque par résonance topologique : dépasser la limite de Shockley–Queisser via le couplage photon–électron dans l'espace des phases

Abstract

La limite de Shockley–Queisser impose un rendement maximal de 33,7 % pour une jonction photovoltaïque unique sous AM1.5, dominée par deux pertes : la transparence aux photons sous le gap (~20 %) et la thermalisation des porteurs chauds (~18 %).Nous proposons un mécanisme de conversion fondé sur une résonance topologique entre l'onde photonique et l'état électronique, dans le cadre où l'électron est un nœud trèfle 31 d'un champ de jauge sous-jacent. Une nanostructure résonante combinant trois anneaux concentriques (modes 01) et un résonateur trèfle (31) force l'onde incidente à adopter la topologie de l'état final, augmentant le recouvrement <K|31> et donc le coefficient d'absorption d'un facteur Q ≈ 100 sur les modes ciblés.Combinaison technologique :Triple jonction pérovskite / pérovskite / silicium (gaps 1,80 / 1,20 / 0,67 eV)Couche d'up-conversion infrarouge NaYF4:Er3+ (980 nm)Contacts sélectifs TiO2 / Spiro-OMeTADExtraction des porteurs chauds rendue possible par le découplage de la thermalisation à l'échelle ~0,13 attoseconde caractéristique de la résonance topologique (104 fois plus rapide que la thermalisation conventionnelle ~1 ps)Performance prédite :Rendement théorique : 73,5 % sous AM1.5Module 1,0 × 1,7 m : 1 250 WcCoût matériel estimé : 123 EUR (nanoimprint + cuivre recyclé + biomasse)Temps de retour énergétique : ~2 jours (vs ~2 ans pour silicium standard)Coût LCOE : ~0,20 EUR/Wc (vs 0,67 EUR/Wc pour Si standard à 22 %)Trois prédictions falsifiables testables sur prototype expérimental en moins de 6 mois :Modulation angulaire en cos(3θ) supplémentaire à la loi de Lambert (anisotropie topologique du trèfle)Signature spectroscopique distinctive : 3 pics d'absorption FWHM ≈ 10 nm centrés à 450 / 580 / 700 nm (modes anneau 01)Seuil de dégradation thermique abrupt à Tc ≈ 350 K (perte de cohérence topologique au-delà)L'analyse repose sur deux ingrédients de nature différente : des choix architecturaux validés expérimentalement (triple jonction, up-conversion, contacts sélectifs), et le principe conjectural de résonance topologique. Chacune des trois prédictions est testable indépendamment du cadre théorique TQNT sous-jacent.Cadre théorique de référence : monographe TQNT-V5 (doi:10.5281/zenodo.19131538). Papiers connexes : Une phase de violation CP à partir du polynôme de Jones (doi:10.5281/zenodo.20552673), De la conjecture AJ à la dynamique de Schrödinger émergente (doi:10.5281/zenodo.20552914). Code source : github.com/CA9-sas/TQNT.

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