Accueil du site > Énergie > Quel avenir pour le photovoltaïque ?



Enjeu considérable pour l’Homme du 21e siècle, la recherche de ressources énergétiques alternatives au charbon, au pétrole et à l’énergie nucléaire fait l’objet de programmes de recherche colossaux, dans le monde entier. Les travaux de recherche dédiés à la conversion de l’énergie solaire en énergie électrique s’orientent ainsi vers l’utilisation de matériaux organiques innovants, stables et faciles à développer. Or, les cellules traditionnelles sont produites à base de silicium, un matériau dont l’extraction est très coûteuse, aussi bien financièrement qu’en énergie, ce qui amène une évidente contradiction quant aux problématiques humaines actuelles en production d’énergie. Pour y remédier, des chercheurs du Laboratoire de Chimie Organique et Spectroscopies Avancées (CNRS / Université de Strasbourg), duLaboratoire d’Ingénierie des Polymères pour les Hautes Technologies (CNRS / Université de Strasbourg) et de l’Institut d’Electronique du Solide et des Systèmes (CNRS / Université de Strasbourg) ont réussi à produire un nouveau type de cellules photovoltaïques organiques, très prometteuses. Ils viennent de mettre au point une famille de nouveaux colorants, faciles à préparer et qui présentent des avantages exceptionnels par rapport aux cellules traditionnelles, à base de silicium. Grâce à des propriétés optoélectroniques propices à élaboration de cellules photovoltaïques performantes, elles approchent les records d’efficacité du domaine. Elles permettent par exemple l’élaboration de modules flexibles et légers, avec une réduction potentiellement significative du coût de fabrication et des contraintes de production, grâce à des méthodes de dépôt en solution. Aujourd’hui brevetés, ces travaux font l’objet d’une publication dans le Journal of American Cheminal Society.

La conversion de l’énergie solaire en énergie électrique ou chimique est un des défis majeurs auquel sont actuellement confrontées nos sociétés modernes. L’épuisement des ressources fossiles, le réchauffement climatique, le recyclage des déchets et d’autres problématiques environnementales contraignent décideurs et scientifiques à trouver des sources d’énergies alternatives, or l’énergie solaire est inépuisable. Ainsi, depuis une décennie, les cellules solaires à base de molécules organiques connaissent un développement sans précédent. Cette technologie est motivée par le besoin de baisser les coûts de production et l’impact environnemental (empreinte carbone) engendrés par la technologie classique au silicium. En effet, les cellules solaires organiques sont faciles à mettre en forme en solution à partir d’encres ou de peintures. Leur fonctionnement optimal est en outre compatible avec des couches très minces de matériaux actifs, nécessitant par conséquent de très faibles quantités de ces matériaux organiques synthétiques. Ces couches minces sont obtenues par des techniques d’enduction (application d’un revêtement liquide sur un substrat), bien connues de l’industrie et qui permettent d’envisager des dépôts sur de grandes surfaces. Enfin, le recyclage des matériaux en fin de vie devrait bien sûr aussi être pris en compte par les chercheurs sans faire appel à une technologie énergivore. Les petites molécules organiques découvertes par les chercheurs strasbourgeois présentent l’avantage d’être obtenues simplement, en grande quantité, avec des degrés de pureté élevés et des protocoles de synthèses reproductibles. D’autre part, leurs propriétés optoélectroniques sont aisément modulables, par la modification de leur design qui rend possible une grande variété de couleurs. Cette palette assure une captation forte des photons solaires et une protection du matériau par effet de filtre. La capacité à mouvoir les charges (électrons et trous) au sein de la couche active est un paramètre dont dépend le bon fonctionnement des cellules en couches photovoltaïques organiques. Cette nouvelle famille de molécules présente des mobilités de charges élevées qui garantissent une bonne séparation de charge. En outre, un comportement ambipolaire (mobilités similaires des électrons et des trous) a pu être observé pour certains de ces nouveaux composés, ce qui permet d’envisager des applications en électronique organique. Ces résultats obtenus récemment par les mêmes équipes sur plusieurs familles de colorants ouvrent aussi la voie à la mise au point de cellules solaires organiques souples pour des applications grand public (films souples, textiles, vitres solaires, pare-brises de voiture, encre photovoltaïques…).

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© Raymond Ziessel

Référence

Thomas Bura, Nicolas Leclerc, Sadiara Fall, Patrick Lévêque, Thomas Heiser, Pascal Retailleau, Sandra Rihn, Antoine Mirloup, and Raymond Ziessel
High Performance Solution-processed Solar Cells and Ambipolar behavior in OFETs with Thienyl-BODIPY Scaffoldings
Journal of the American Chemical Society 24 octobre 2012., doi.org/10.1021/ja3072513.

Source : CNRS / En direct des laboratoires

Contact chercheur : Raymond Ziessel /Laboratoire de Chimie Organique et Spectroscopies Avancées (Strasbourg)

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