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Les cellules solaires imitent les plantes

Thierry Mahé
Les cellules solaires imitent les plantes

Exposée à la lumière, une mince feuille translucide et flexible peut produire un courant électrique.

© D.R.

- Des procédés photovoltaïques sans silicium pourraient faire chuter les prix de l'électricité solaire d'un facteur cinq.

C'est une mince feuille d'un rouge cramoisi, translucide et flexible. Et elle a le pouvoir, lorsqu'elle est exposée à la lumière, de produire un courant électrique. À la façon d'un panneau solaire photovoltaïque, rigide, lourd et coûteux. Le mot feuille est tout indiqué, puisque la technique de génération électrique est directement calquée sur la photosynthèse végétale, c'est-à-dire la transformation, par les molécules de chlorophylle, de l'énergie photonique en courant électrique. C'est l'oeuvre du professeur Tsutomu Miyasaka, de la Toin University de Yokohama, au Japon.

Cette cellule met à profit un substrat nanocristallin en oxyde de titane extrêmement poreux, recouvert d'un colorant qui absorbe la lumière, et pris en sandwich entre deux électrodes de plastique conducteur. Lorsque la lumière tombe sur le colorant, il en éjecte des électrons qui traversent le substrat et sont recueillis à la cathode.

Le silicium est intrinsèquement cher car le mécanisme de création de porteurs de charge à partir de l'énergie photonique suppose un matériau très pur. On pourrait cependant se satisfaire d'un silicium un peu moins performant, et moins coûteux, quitte à faire un peu chuter le rendement, mais cette filière industrielle n'existe pas encore.

À l'inverse, ces cellules moléculaires sont composées de matériaux économiques et, surtout, se satisfont de technologies de fabrication simples, comme le pressage à chaud et l'impression. Au final, le coût au kilowattheure pourrait être divisé par cinq. En revanche, le rendement obtenu est très médiocre : guère plus de 5 %, contre 15 % pour des panneaux de silicium. L'énergie surfacique obtenue étant de 100 mW/cm2. Un premier prototype réalisé à l'université de Yokohama, par la juxtaposition de 10 cellules de base de 30 x 30 cm, présente une tension en sortie de 7,2 V (5 ou 6 V en ambiance intérieure) et génère 0,8 W.

Suffisantes pour alimenter un téléphone cellulaire

De plus, alors que les panneaux en silicium sont rigides et assez inesthétiques, ces structures souples peuvent afficher une vaste palette de couleurs, et donc s'intégrer à la décoration, servir le design d'un appareil mobile. Le professeur Tsutomu Miyasaka travaille à alimenter PDA et autres téléphones mobiles à l'aide de son invention. Il estime qu'une cellule au format A4, de 0,5 mm d'épaisseur, pourrait fournir l'énergie suffisante à l'alimentation d'un téléphone cellulaire. À cette fin, le chercheur a créé une start-up, Peccell Technologies, qui pourrait sortir les premiers produits d'ici à deux ans.

Les travaux du professeur Tsutomu Miyasaka ne sont pas isolés. Ainsi, l'EPFL (Lausanne) et le professeur Michael Graetzel ont mis au point une cellule solaire nanocristalline, elle aussi composée d'une structure en dioxyde de titane imprégnée d'un colorant sensibilisateur. Ce procédé a quinze ans... La durée nécessaire pour corriger le défaut de jeunesse de cette cellule : sa médiocre résistante à la chaleur et au rayonnement solaire. Pari gagné, côté suisse, puisque le dispositif n'enregistre plus que 10 % de perte de performance après six semaines dans un four à 80 °C.

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