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Le CEA booste le rendement de cellules photovoltaïques organiques pour l’internet des objets

Xavier Boivinet
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Le CEA booste le rendement de cellules photovoltaïques organiques pour l’internet des objets

En plus de cellules photovoltaïques organiques sur substrat en verre, le CEA et Toyobo ont également mis au point un module sur substrat souple en PET.

© CEA

Avec le chimiste japonais Toyobo, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) a mis au point des cellules photovoltaïques organiques sur substrat de verre atteignant un rendement de 25 % sous une faible luminosité. Un record pour de telles conditions d’éclairement. Des prototypes de modules sur un substrat plastique ont également été développés. Toyobo espère une commercialisation pour des capteurs autonomes en énergie en 2023.

Le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et le spécialiste japonais de la chimie Toyobo ont mis au point des cellules photovoltaïques organiques (PVO) atteignant un rendement de 25 % sous une faible luminosité. « C’est un record pour de telles conditions d’éclairement, assure Solenn Berson, responsable du laboratoire sur le photovoltaïque organique au CEA-Liten. C’est 60 % de plus par rapport au rendement obtenu sur des cellules solaires en silicium amorphe, généralement utilisées sur les calculatrices, dans les mêmes conditions. »

Annoncée le 23 mars, cette performance a été obtenue sur un substrat en verre et sous un éclairement de 220 lux qui correspond à une pièce peu éclairée. « Cela peut être de l’éclairage artificiel, précise Mme Berson. Et par comparaison, nous sommes plutôt autour de 500 lux dans un bureau. »

Formulation et architecture optimisées

A partir d’un matériau organique développé par Toyobo - et dont la nature reste confidentielle -, les travaux ont été menés durant six mois depuis juin 2019 à l’Institut national de l'énergie solaire (Ines) du CEA à Chambéry. « L’objectif était d’optimiser les formulations utilisées et les architectures de dispositifs pour obtenir des cellules les plus performantes possibles pour des applications en intérieur », précise Mme Berson.

Des prototypes ont également été réalisés sur un substrat en polytéréphtalate d'éthylène (PET). Le rendement est alors moindre, précise Mme Berson : « Cela est principalement dû à la plus faible transparence du substrat en PET par rapport au verre. » Si le chiffre précis n’est pas communiqué, les équipes indiquent avoir développé des prototypes de modules PVO sur un substrat en PET d'une surface effective de 18 centimètres carrés et capables de produire environ 130 microwatts sous 220 lux. « Jusqu’à maintenant, il n’y a jamais eu de communication sur des technologies organiques à l’échelle du module avec de telles performances », ajoute Mme Berson.

Capteurs autonomes et IoT

Le matériau apporté par Toyobo compose la couche centrale de la cellule PVO. Il absorbe les photons et les convertit en électrons. Autour, deux autres couches permettent d’extraire les électrons vers les électrodes. Le tout repose sur un substrat qui peut être plastique et flexible. « Cela nous permet d’utiliser des technologies d’impression au déroulé et d’obtenir des cellules fines, légères et souples qui peuvent être intégrées sur de nombreux objets », souligne Mme Berson.

Les applications envisagées ciblent principalement les capteurs sans-fil qui ont besoin d’une source d’énergie pour être autonome. C’est le cas des capteurs de température et d’humidité, de mouvement ou pour l'internet des objets (IoT). Toyobo prévoit de proposer ce matériau aux fabricants de cellules solaires pour une utilisation espérée d’ici mars 2023.

Procédé industrialisable

Tous ces développements ont été faits dans une logique de transfert industriel pour que les matériaux et les procédés soient compatibles avec les lignes de production existantes, assure Solenn Berson : « Dans cette optique, le matériau organique choisi se dissout facilement, même dans des solvants sans halogène et peut donc être utilisé en grandes quantités sans problème de toxicité. »

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