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Bientôt des cellules solaires en plastique

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Un pas de plus vers des panneaux solaires organiques, souples et bon marché, que l'on nous promet depuis quelques années, vient d'être franchi par une équipe américaine. Peut-être un produit viable dès l'an prochain...

Les cellules photovoltaïques classiques, comme ceux de la centrale solaire de Saint-Denis-de-La Réunion, sont aujourd'hui des structures rigides. Disposer de matériaux souples et moins onéreux faciliterait leur adoption pour les bâtiments eux-mêmes.

Pour transformer directement la lumière solaire en électricité, les cellules photovoltaïques fonctionnent aujourd'hui très bien et arborent un rendement de 12 %, un chiffre qui indique le taux conversion entre l'énergie reçue et celle récupérée. Il peut paraître faible mais il est excellent si on le compare au rendement obtenu avec d'autres sources d'énergie.

Mais les cellules photovoltaïques actuelles, utilisant pour la plupart du silicium, sont coûteuses à fabriquer et leur rigidité les rend peu commodes à installer. Depuis des années, on cherche à remplacer le silicium par une couche mince de polymère organique (un plastique en langage courant) que l'on pourrait appliquer sur un support souple. Sur le toit d'un bâtiment, la carrosserie d'une voiture, le fuselage d'un bateau ou d'un engin spatial, il serait alors facile d'appliquer une surface génératrice d'électricité.

Sur la papier, ça marche. On sait aujourd'hui utiliser des polymères organiques comme des semi-conducteurs (c'est le principe des écrans à Oled, diodes électroluminescentes organiques). Mais le rendement reste encore trop faible. Longtemps, il est resté aux alentours de 3 %. L'un des freins est la faible conductivité des polymères. Quand un photon est absorbé, un électron est éjecté, laissant un « trou », qui se comporte comme une particule positive. Les deux électrodes récupèrent ces charges électriques, ce qui crée un voltage. Mais cette paire électron-trou ne survit que peu de temps dans un polymère et, de plus, la mobilité de ces charges à l'intérieur du matériau est trop faible. Le résultat est que seule une faible proportion des particules atteignent effectivement les électrodes.

Mobilité des charges

Pour contourner cette difficulté, David Carroll et son équipe du Centre de nanotechnologie de l'université Wake Forest ont travaillé sur la structure du polymère. Déjà, en 2005, ces chercheurs avaient obtenu un rendement de 5 %, une valeur atteinte également par une équipe de Siemens en 2004. Dans un article à venir dans Applied Physics Letters, l'équipe annonce avoir dépassé 6 %. Leur technique consiste à créer à l'intérieur du polymère un réseau de nanofilaments qui augmentent la mobilité des charges électriques.

On considère que les cellules solaires souples deviendraient économiquement viables à partir d'un rendement de 8 %. Elles resteraient moins efficaces que les cellules au silicium et leurs 12 % mais leur prix serait plus faible et leur utilisation bien plus commode. Optimiste, David Carroll espère atteindre 10 % en 2008. Les panneaux photovoltaïques souples deviendraient alors vraiment attractifs.

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