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La course au photovoltaïque organique

H. L.

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Grâce à ses promesses de transparence et sa souplesse, ce photovoltaïque « de troisième génération » pourrait conquérir le marché convoité du bâtiment. Mais qui parviendra à le fabriquer à l'échelle industrielle ? Dans le peloton des prétendants, deux leaders se dessinent. À chacun sa technologie de production.

Le photovoltaïque en matériaux organiques n'est plus une performance de laboratoire. Deux industriels sont en bonne voie pour le fabriquer en grande série. Premier en lice, Konarka. La société américaine avait créé la surprise en inaugurant dès 2008 une ligne de production par impression au jet d'encre. Elle travaille encore à son adaptation pour produire jusqu'à 1 GW de cellules solaires par an. Son challenger, Heliatek, une start-up allemande, a dévoilé, en mars 2012, un démonstrateur dans la ville de Dresde. Plus modeste, elle prévoit d'atteindre en 2014 les 75 MW/an grâce à un procédé alternatif d'évaporation sous vide.

La course est lancée... Il faut dire que le photovoltaïque organique a de quoi éveiller les convoitises. Ses matériaux actifs ignorent le risque de pénurie parce qu'ils sont basés sur le quatuor carbone-oxygène-hydrogène-azote. Certains de ces plastiques sont souples et transparents, avec à la clé des possibilités d'intégration dans des vitres de bâtiment ou des objets que nous transportons, comme des chargeurs d'appareils électroniques ou même nos vêtements. Surtout, cette souplesse permet d'augmenter les cadences de production grâce au « roll to roll ». Classique en imprimerie ou dans l'industrie photographique, ce procédé consiste à travailler sur un support entraîné en continu par des rotatives. La cellule solaire se construit par dépôts successifs de couches sur ce support. Au coeur du dispositif, le matériau photoélectrique est déposé en sandwich entre deux électrodes. Le tout est protégé par un film transparent.

Les performances obtenues sont remarquables. Dans les laboratoires, les rendements atteignent 10 % », explique Rémi de Bettignies, chercheur à l'Institut national de l'énergie solaire (Ines). Reste qu'égaler ce niveau n'est pas si simple : pour garantir la bonne déposition de couches micrométriques à grande vitesse, les procédés doivent être d'une précision chirurgicale.

cc L'efficacité du film protecteur transparent est primordiale

Pour y parvenir, Konarka et Heliatek ont choisi des voies différentes. Le premier joue la voie humide en privilégiant l'impression au jet d'encre. Le matériau actif, constitué de longs polymères, est dispersé dans un solvant. L'encre photovoltaïque ainsi formée est imprimée sur le support à l'aide d'une tête d'impression. Grâce à ce procédé très répandu, Konarka a pu installer sa production dans une ancienne usine photographique. Les machines, qui imprimaient des couches minces sur les fameux polaroïds, sont en reconversion pour imprimer du photovoltaïque organique.

Chez Heliatek, c'est l'évaporation sous vide qui a été choisie. Les molécules actives utilisées dans cette technologie sont plus petites que les polymères : on parle d'oligomères. Évaporées par chauffage, ces courtes chaînes se recondensent facilement sur le substrat. La start-up allemande invoque le retour d'expérience des écrans Oled, autre application phare de l'électronique organique : « la bataille de l'évaporation contre l'impression a eu lieu il y a dix ans chez les fabricants d'écrans Oled. La majorité a adopté l'évaporation. Elle donnait une meilleure stabilité par rapport au dépôt d'encre, dont le séchage entre chaque couche pose problème », explique Thibaud Le Séguillon, directeur général d'Heliatek.

Échappés, Heliatek et Konarka ne sont pas hors de portée du peloton. Beaucoup d'industriels, même s'ils n'ouvrent pas encore d'usines, prennent acte des progrès effectués dans les laboratoires. En France, l'imprimeur Disa ou le chimiste des encres Armor s'appuient sur les recherches en cours, notamment à l'Ines. Ils prévoient des lignes de production reposant sur la technologie d'impression à l'horizon 2014. Et certaines innovations pourraient conduire d'autres sociétés à entrer dans l'arène. Parmi celles-ci, la protection des cellules sera décisive : « Comme dans les écrans Oled, les matériaux actifs des cellules organiques se dégradent au contact de l'air. L'avenir de ces technologies repose donc sur l'efficacité du film protecteur, qui doit être transparent tout en garantissant une étanchéité absolue. Cela portera la durée de vie des cellules de cinq à dix ans. Mais jusque-là, personne n'est arrivé à une réponse totalement satisfaisante », note Rémi de Bettignies. Ce qui explique que l'intégration de films organiques dans des objets du quotidien reste encore anecdotique. « Ce sont des premiers marchés de niches. La véritable perspective se situe dans le bâtiment, à l'horizon 2017 », estime Cécile Pairin, consultante au cabinet de conseil Alcimed. Clé de l'ouverture de ces nouveaux marchés, la maîtrise des technologies de protection s'impose donc. La course à l'invention de la technologie de production la plus performante a encore de beaux jours devant elle.

TROIS SUPPORTS PHOTOVOLTAÏQUES DANS L'INDUSTRIE

1re génération LE SILICIUM CRISTALLIN Sa fabrication est gourmande en énergies et en matière première. Rendement commercial : 18 % 2e génération LES COUCHES MINCES Leur finesse leur confère des coûts de production plus bas. Rendement commercial : 12 % 3e génération LES SEMI-CONDUCTEURS ORGANIQUES Leur souplesse permettrait une production très peu coûteuse. Rendement commercial : 5 %

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