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Les cellules solaires organiques en quête d'efficacité

MATHILDE LAGIER redaction@industrie-technologies.com

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Deux équipes de recherche françaises, travaillant sur un nouveau type de cellules solaires organiques, viennent d'obtenir un rendement très prometteur de 1,7 %. Leur approche originale vise à remplacer à terme les polymères des cellules organiques classiques par de petites molécules conjuguées solubles. Pour réussir ce pari, ils devront atteindre un rendement de 5 %.

Depuis les années 2000, les recherches autour des cellules solaires organiques explosent, mais un cap vient d'être franchi. Une collaboration entre le laboratoire d'ingénierie moléculaire d'Angers et le laboratoire des matériaux, surfaces et procédés pour la catalyse de Strasbourg a permis, en début d'année, d'obtenir un rendement très encourageant de 1,7 % avec un nouveau type de cellules solaires organiques. Constituées de molécules conjuguées solubles, ces cellules sont développées par le laboratoire d'Angers depuis 2005. Mais elles souffraient jusqu'à présent d'un manque de crédibilité. La cause ? Un rendement extrêmement faible par rapport aux autres cellules solaires : les premiers prototypes atteignaient en effet laborieusement 0,2 % de rendement, là où les cellules solaires au silicium dépassaient déjà les 15 %.

Une production plus économe et plus écologique

Les chercheurs du laboratoire d'Angers ont donc fait de l'efficacité des cellules leur cheval de bataille. Aujourd'hui, et après quatre ans de recherches, un rendement de 1,7 % a pu être atteint. Au-delà du chiffre, c'est la progression qui est à souligner. « Nous avons réussi à passer de 0,2 à 1,7 % de rendement en quatre ans seulement, ce résultat donne une nouvelle crédibilité à nos recherches », affirme Jean Roncali, directeur de recherche au CNRS et responsable de l'équipe d'Angers. Des chercheurs américains seraient même arrivés à un rendement de 3 % pour ce même type de cellules.

Ces résultats sont encourageants mais ils ne permettent pas d'envisager une application industrielle dans les prochaines années... Alors pourquoi continuer à étudier ces cellules alors que d'autres existent et sont déjà commercialisées ? Parce qu'elles présentent de nombreux points forts par rapport aux autres cellules photovoltaïques classiques, notamment en silicium. Contrairement à ce matériau dont la production nécessite de très hautes températures, la fabrication d'une cellule organique réduit sensiblement les coûts financiers et énergétiques tout en offrant un impact environnemental bien moindre. Sa mise en forme à l'aide de procédés en solution permet aussi de couvrir de grandes surfaces et des substrats flexibles, comme les textiles.

Les cellules à base de molécules conjuguées se révèlent aussi moins versatiles que les organiques classiques composées de polymères. Ces dernières, qui affichent un rendement de 5 %, sont constituées de cellules au sein desquelles les matériaux actifs absorbant la lumière sont de grandes chaînes de polymères conjugués. Ces polymères ne sont pas définis d'un point de vue moléculaire, ce qui conduit à une grande variabilité dans leurs performances et nécessite donc de devoir contrôler de nombreux paramètres.

En utilisant des molécules conjuguées de structure parfaitement définie, le nouveau type de cellules gagne en stabilité. Pour autant, celles-ci pourront-elles prendre le pas sur les cellules formées de polymères ? Entre ces concurrentes, la course au rendement est lancée...

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