Les chercheurs ont toujours de nouvelles idées pour améliorer l’efficacité des panneaux solaires photovoltaïques. Cette fois, ils imaginent recourir à des nanoparticules recouvertes de colorants organiques. © American Public Power Association, Unsplash

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Panneaux solaires : des cellules photovoltaïques plus efficaces grâce à un colorant

ActualitéClassé sous :physique , recherche , énergie solaire

Nouveaux matériaux, nouveaux designs : tout est bon pour améliorer l'efficacité des panneaux solaires photovoltaïques, y compris, comme le proposent aujourd'hui des chercheurs américains, de les recouvrir de nanoparticules « réverbérantes » dopées aux colorants organiques.

Pour améliorer les performances des panneaux solaires photovoltaïques (PV), les chercheurs déploient des trésors d'ingéniosité. Parmi les pistes qu'ils explorent : offrir aux cellules PV le moyen de convertir en électricité un spectre plus large de la lumière solaire reçue. Pour ce faire, des chercheurs américains du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) proposent aujourd'hui une idée nouvelle qui repose sur des nanoparticules pour ainsi dire « réverbérantes ».

Les nanoparticules « réverbérantes », quèsaco ? Les anglophones les appellent upconverting nanoparticles (UCNP), comprenez « nanoparticules à conversion ascendante ». Ce sont des lanthanides (comme l'ytterbium ou l'erbium) capables d'absorber des photons de relativement faible énergie (comme les photons du proche infrarouge) pour réémettre des photons de plus grande énergie (comme les photons du domaine visible).

Un atome d’erbium (en rouge) émet une lumière verte visible via un processus de conversion ascendante. Les scientifiques ont découvert que le revêtement des particules avec des colorants (molécules bleues et violettes à droite) peut grandement améliorer cette propriété de conversion de la lumière. © Berkeley Lab

Un colorant pour doper l'effet « réverbérant »

Et les chercheurs du Berkeley Lab leur ont découvert une sorte d'effet symbiotique avec des colorants organiques. En effet, en présence d'UCNP, ces colorants se placent volontiers dans un état triplet qui leur permet de leur transférer plus facilement leur énergie, rendant les UCNP 100 fois plus efficaces.

Autre propriété intéressante concernant un potentiel usage sur des cellules PV : le fait que les UCNP soient par ailleurs transparentes à la lumière visible. Elles n'affectent donc pas les propriétés intrinsèques des cellules PV. Mais de plus amples travaux devront encore être menés afin de stabiliser ces UCNP colorées. Elles restent pour l'heure en effet encore très sensibles lorsqu'elles sont... exposées à l'air.

Pour en savoir plus

Une nouvelle génération de cellules photovoltaïques

Une équipe du docteur Torste Oekermann de l'université Leibniz de Hanovre est en train de développer un nouveau type de cellules photovoltaïques dites « cellules solaire à base de colorant » dans le cadre d'un projet financé par l'agence allemande de moyens pour la recherche (DFG).

Article extrait du BE Allemagne n°315 - Ambassade de France en Allemagne paru le 22/12/2006

Pour fabriquer des cellules solaires à colorant, les oxydes semi-conducteurs sont déposés sur un substrat conducteur. Un colorant est ensuite appliqué sur cette couche d'oxyde. Les électrons des molécules de colorant sont excités par la lumière du soleil et diffusent, à travers l'oxyde semi-conducteur, jusqu'à la zone de contact conductrice. Ils se déplacent ensuite jusqu'à la contre-électrode avant d'être réacheminés vers la couche de colorant à travers un électrolyte. C'est ainsi que ce produit le courant photovoltaïque. Ces cellules, qui sont plus performantes et de moindre coût, devraient être commercialisées d'ici peu.

Panneaux solaire composé de cellules photovoltaïques. © http://www.a-e.ch

Parallèlement, l'équipe de scientifiques souhaite intégrer ces cellules dans des tissus ou vêtements pour permettre d'alimenter des appareils électroniques portables ou des batteries. Ces cellules pourraient être fabriquées en divers coloris, assurant ainsi leur popularité. Le professeur Jürgen Caro, directeur de l'institut, explique que « les cellules traditionnelles en silicium fonctionnent bien mais leur fabrication reste très coûteuse car elle implique des procédés hautes températures consommant beaucoup d'énergie ».

Les nouveaux prototypes, en dioxyde de titane, sont déjà en vente. Leur fabrication requiert toujours des températures élevées, de l'ordre de 450 °C, mais les scientifiques de Hanovre cherchent à améliorer les procédés pour une fabrication idéalement à température ambiante. L'étape déterminante dans la fabrication de cellules solaires souples à base de colorant est l'élaboration de films d'oxyde semi-conducteur à des températures suffisamment faibles pour ne pas endommager le substrat plastique conducteur.

Par Arnaud Bertrand

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