Du nouveau pour les cellules photovoltaïques : la capacité d’absorption de lumière par une molécule est désormais mesurable

Deux chercheurs de l’Université de Bayreuth (Bavière), Andreas Karolewski et Stephan Kümmel, en coopération avec l’Université hébraïque de Jérusalem, ont pu mesurer de manière précise la capacité d’absorption de lumière par une molécule. L’idée étant, à terme, de pouvoir élaborer des matériaux fonctionnels plus performants pour la transformation d’énergie solaire en électricité. Ces nouveaux matériaux pourraient être plastiques ou organiques, ce qui permettrait de réduire considérablement les coûts des cellules solaires aujourd’hui dominées par le silicium. Des travaux de recherche ont débuté en ce sens dans un projet euro-indien « Largecells » dirigé par Mukundan Thelakkat, également chimiste à l’Université de Bayreuth. Ce projet de plusieurs millions d’euros est une coopération pour trois ans entre l’Allemagne, le Danemark, les Pays-Bas, Israël et l’Inde.

 

La lumière du soleil est un spectre de lumière composé de rayons lumineux de différentes longueurs d’ondes. Les matériaux visés doivent donc être à même de capter la lumière « sans trous », c’est-à-dire absorber le maximum de sections du spectre. C’est dans la réalisation de cet objectif que les mesures effectuées à l’Université de Bayreuth présentent une avancée notable. A l’aide de simulations par ordinateur, elles orientent les travaux de recherche vers un groupe de molécules autour de la naphtaline-diimide en l’associant à des molécules de thiophène en différents nombres (voir schéma dans le communiqué de presse de l’Université de Bayreuth [1]). Ces molécules cycliques combinant des atomes de carbone, d’hydrogène, d’azote et de soufre ont des propriétés très intéressantes pour l’application solaire. « Elles se laissent imprimer comme des photos de vacances sur du papier. Ces cellules flexibles pourraient à l’avenir se vendre au mètre dans les grandes surfaces de bricolage ! Elles sont également très légères et peuvent facilement être collées aux fenêtres ou sur les toits. Il est aussi pensable de les intégrer dans d’autres installations, comme des climatiseurs, des lampes, ou encore dans des tissus d’habillement ou de tente » explique M. Thelakkat.

 

La perspective ouverte par cette avancée en termes de performance des matériaux à capter la lumière doit néanmoins être encore améliorée par une combinaison avec la capacité de ces matériaux à transformer l’énergie captée en électricité. En effet, le rendement de ces nouveaux matériaux est de 8% en laboratoire sur un cm2 mais de 2% seulement dès que l’on passe à une surface équivalent à un format A4. Le niveau de commercialisation est estimé à 10% au minimum. Pour le contact électrique de ces nouvelles cellules, les chercheurs s’intéressent à l’argent sous forme nanoscopique ou de très fines feuilles d’or. En effet, l’indium utilisé habituellement devient rare et cher. L’autre défaut de ces matériaux est la faible résistance au vent, à la pluie, et même au soleil. En effet, l’Institut Fraunhofer des systèmes énergétiques solaires (ISE) estime la durée de vie de ces nouvelles cellules à un an et demi pour l’instant, alors que les cellules conventionnelles fonctionnent au moins 20 ans. Toutefois, ces dernières ne sont pas forcément à prendre comme référence selon Thelakkat. Par exemple, en Inde, , les feuilles de palmiers sur les toits sont changées tous les ans. « Ils n’ont donc pas besoin de cellules qui durent extrêmement longtemps mais de cellules qui soient abordables financièrement ».

 

Selon les chercheurs ces cellules solaires organiques pourraient être commercialisables d’ici 10 à 20 ans.

 

Pour en savoir plus, contacts :

  • [1] « Wegweisend für leistungsstarke Solarzellen: Hochpräzise Berechnungen molekularer Lichtabsorptionen », communiqué de presse de l’Université de Bayreuth – 31/05/2011 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/aOjGQ
  • Sur les mesures physiques : Prof. Dr. Stephan Kümmel, stephan.kuemmel@uni-bayreuth.de
  • Sur le projet européen Largecells : Prof. Dr. Mukundan Thelakkat, mukundan.thelakkat@uni-bayreuth.de

 

Source :

« Sonne auf Kunststoff » in Innovative Technologien, Süddeutschzeitung – 15/06/2011

Rédacteur :

Edith Chezel, edith.chezel@diplomatie.gouv.frhttps://www.science-allemagne.fr/