Les cellules photovoltaïques fabriquées par l’équipe du Gwangju Institute of Science and Technology ont pu supporter 1.000 cycles de flexion sans que leurs performances ne se dégradent. Il en faudrait toutefois beaucoup plus pour envisager une utilisation sur des produits électroniques grand public. © Juho Kim, APL

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Des cellules photovoltaïques ultrafines pour les vêtements connectés

ActualitéClassé sous :technologie , cellule photovoltaïque , énergies renouvelables

Des chercheurs sud-coréens ont créé des cellules photovoltaïques si fines et souples que l'on peut les enrouler autour d'un rayon d'à peine 1,4 millimètre. De quoi faciliter leur intégration dans des vêtements et des terminaux connectés tels que des lunettes ou des bracelets.

L'un des principaux défis technologiques que posent les vêtements et les objets connectés est celui de leur source d'alimentation. Intégrer une batterie suffisamment endurante dans une paire de lunettes type Google Glass, dans des bracelets communicants ou bien dans le tissu d'une chemise, d'une veste, d'un pantalon, tout en préservant l'ergonomie et l'esthétique est une gageure. Sans parler des problématiques environnementales que soulèvera la multiplication de piles et autres accumulateurs dans des produits à obsolescence rapide.

L'une des pistes envisageables pourrait se trouver du côté des énergies renouvelables, et plus particulièrement du solaire. Cependant, il n'existe pas encore de cellules photovoltaïques à la fois souples, résistantes et suffisamment efficaces pour alimenter de l'électronique. Cela pourrait très bientôt changer grâce aux travaux de l'université de science et de technologie de Gwangju, en Corée du Sud (Gwangju Institute of Science and Technology, GIST). Des chercheurs ont mis au point des cellules photovoltaïques d'une extrême finesse : 1 micromètre.

C'est beaucoup plus fin qu'un cheveu humain, dont l'épaisseur varie entre 50 et 100 micromètres. L'équipe du GIST assure que les cellules photovoltaïques existantes les plus fines sont deux à quatre fois plus épaisses que ce prototype. Un article publié dans la revue Applied Physics Letters en détaille la conception.

Ce schéma décrit la méthode de fabrication employée par les chercheurs du GIST pour obtenir des cellules photovoltaïques ultrafines. En (a), sont représentées les cellules fabriquées à partir d’arséniure de galium et qui sont déposées sur une électrode (substrate electrode, en anglais), elle-même superposée à un substrat polymère (receiver substrate). Ces cellules sont maintenues en place par un adhésif temporaire. L’ensemble est ensuite soudé à froid par pression et chauffage, en (c), puis l’adhésif est ensuite retiré, en (d). © Juho Kim, APL

Des essais concluants mais encore loin des conditions réelles

Les cellules photovoltaïques ont été créées à partir d'arséniure de galium puis directement appliquées sur un substrat flexible et fixées à l'électrode par une technique de soudure à froid qui mêle haute pression et chauffage à 170 °C. La couche métallique inférieure qui sert d'électrode fait aussi office de réflecteur pour renvoyer les photons égarés vers la cellule. Ce n'est pas la première fois que des cellules photovoltaïques d'une telle finesse sont fabriquées en laboratoire. Toutefois, dans le cas présent, l'innovation porte sur la méthode de fabrication qui, au lieu de recourir à la gravure laser, se sert de l'impression par transfert et utilise ainsi moins de matière.

Selon les essais effectués, le rendement de ces cellules ultrafines est d'environ 15,2 % pour une conversion de 19,4 mA/cm². Des performances qui, selon les chercheurs du GIST, sont équivalentes à celles de cellules photovoltaïques similaires mais plus épaisses.

Outre les performances énergétiques, ils ont aussi beaucoup étudié la flexibilité de leur prototype. Ils ont réussi à l'enrouler autour d'un tube dont le diamètre était de seulement 1,4 millimètre. En mesurant le niveau de tension s'appliquant dans ces conditions, les scientifiques ont découvert qu'il ne représentait qu'un quart de la tension que subit une cellule photovoltaïque trois fois plus épaisse. Autrement dit, ces cellules sont non seulement très fines mais aussi résistantes, ce qui permet d'envisager leur intégration sur des supports souples soumis à de multiples flexions, comme le tissu des vêtements par exemple.

L'article scientifique indique que des essais de flexion ont été menés sur des séances de 1.000 cycles sans constater de baisse dans les performances électriques. Cependant, il faudrait bien entendu que la résistance soit éprouvée sur des fréquences beaucoup plus élevées pour s'approcher d'un usage en conditions réelles. L'équipe du GIST évoque aussi la possibilité d'utiliser ces cellules pour alimenter des lunettes connectées en les appliquant directement sur la monture. L'idée est évidemment séduisante mais il faudra, là encore, juger sur pièce afin de savoir si la surface disponible peut être suffisante pour produire l'énergie nécessaire.

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