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Cellules solaires organiques : les avancées de la recherche

Encore au stade de la recherche, les cellules solaires organiques présentent de réelles perspectives d'avenir. Obtenues très simplement, à faible coût et avec un faible impact environnemental, elles pourraient constituer une véritable alternative.

Energie  |    |  Sophie FabrégatActu-Environnement.com
   
Cellules solaires organiques : les avancées de la recherche
Cellule solaire plastique souple / Laboratoire cellules et composants du Service photovoltaïque et stockage électrochimique
   
Les recherches n'en sont qu'à leur début et l'utilisation élargie des cellules solaires organiques semble encore assez lointaine. Il n'en reste pas moins que les matériaux organiques présentent de réelles perspectives d'avenir dans le domaine des énergies renouvelables.
Si jusqu'à présent le silicium, monocristallin, polycristallin ou amorphe, reste le matériau le plus utilisé pour la fabrication des cellules photovoltaïques, les cellules solaires organiques présentent de nombreux avantages potentiels.
En effet, contrairement au silicium dont la production nécessite de très hautes températures, leur fabrication implique un faible coût financier et énergétique et un faible impact environnemental. De plus, leur mise en forme à l'aide de procédés en solution (par exemple à partir d'encres ou de peintures) permet de couvrir de grandes surfaces et des substrats flexibles (films, textiles etc.).
Si aujourd'hui les rendements obtenus avec les cellules organiques (5 %) sont loin de concurrencer les cellules solaires à base de silicium cristallin (15 %), l'accélération des recherches et des innovations pourrait rapidement rendre cette filière viable. La course au rendement est lancée entre différentes équipes de chercheurs du monde entier.
Récemment, les chercheurs de l'équipe de Jean Roncali au laboratoire d'Ingénierie moléculaire d'Angers (CNRS/Université d'Angers), ont réalisé une avancée importante avec une approche originale basée sur l'utilisation de molécules en remplacement des polymères traditionnellement utilisés dans les cellules solaires organiques. Cela va extrêmement vite, explique Jean Roncali. Les recherches s'intensifient et les progrès sont très rapides. Les matériaux organiques offrent un gros potentiel mais il faut beaucoup de travail.

La voie des cellules organiques

Utilisées d'abord dans le domaine de l'optique, les matériaux organiques suscitent l'intérêt du fait de leur faible coût de fabrication. En une dizaine d'années, les avancées scientifiques et technologiques se sont accélérées, menant à l'essor de l'électronique organique dont les premiers produits sont apparus récemment sur le marché (diode électroluminescente (OLED), transistors, écrans OLED…).
Aujourd'hui, la filière des énergies renouvelables et du solaire photovoltaïque se penche sur ces matériaux prometteurs. En Europe, aux Etats-Unis ou en Chine, des équipes de chercheurs travaillent sur cette technologie. Des industriels se positionnent également de manière ambitieuse sur le sujet.
L'intérêt est avant tout économique : les produits organiques coûtent moins cher à produire que le silicium. Mais ce n'est pas la seule raison : étant donné que ces matériaux sont solubles, on peut les obtenir sous forme liquide (encres, peintures) et donc les imprimer sur des matériaux divers. Cela ouvre de nouvelles possibilités : en particulier la possibilité de réaliser des cellules solaires flexibles, explique Jean Roncali.
Ainsi, les cellules solaires organiques pourraient être utilisées pour des applications particulières : emballages, vêtements, écrans flexibles, recharge de téléphones cellulaires ou d'ordinateurs portables... Si aujourd'hui, la recherche n'ambitionne pas de concurrencer le silicium, à plus long terme, ces matériaux pourraient contribuer de manière significative à la conversion photovoltaïque de l'énergie solaire, à condition d'investir massivement dans la recherche de matériaux nouveaux plus performants et plus stables.

Des difficultés à surmonter

Une des difficultés importantes qui limite le rendement des cellules solaires organiques réside dans les propriétés des matériaux actifs actuellement utilisés : les polymères conjugués. Si les cellules fabriquées à partir de ces matériaux atteignent des rendements de 5 %, l'utilisation de polymères conjugués pose un certain nombre de problèmes liés à la fois à leurs propriétés intrinsèques, à leur préparation et au contrôle de leur structure (distribution des différentes longueurs de chaînes de polymères dans le matériau).
L'équipe de Jean Roncali au laboratoire d'Ingénierie moléculaire d'Angers propose une autre voie : l'utilisation de molécules solubles en remplacement des polymères : les molécules sont des objets chimiques parfaitement définis, plus faciles à contrôler et à purifier.
Si aujourd'hui les rendements obtenus par les cellules solaires à base de molécules solubles sont encore modestes (1,7 %), les marges de progrès sont immenses : nous avons commencé il y a trois ans avec un rendement de 0,2 %, aujourd'hui nous sommes à 1,7 %, et même 2,5 % selon les résultats obtenus par une équipe américaine récemment. Les cellules à base de polymères qui affichent 5 % aujourd'hui ont commencé avec un rendement de 0,1 % il y a dix ans. Cela va extrêmement vite.
Encore faut-il mettre d'importants moyens dans la recherche… Nous sommes aujourd'hui à un tournant important. Il faudrait investir davantage dans la recherche fondamentale sur la conception de nouveaux matériaux ce qui n'est pas forcément le cas aujourd'hui en France. La Chine est un des pays qui investit le plus sur ce sujet. L'Allemagne, la Suède, les Pays-Bas aussi. La France est un peu à la traîne.

Réactions5 réactions à cet article

 
bien choisir les investissements !

Au lieu de mettre des miliiards d'Euros dans le projet plus qu'aléatoire d'Iter, l'Europe aurait mieux fait d'investir dans ce type de recherches sur les énergies réellement renouvelables et plus réalistes à moyen terme !

dam's | 09 avril 2009 à 09h17
 
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Toujours à la traîne

La France se traîne et pas que pour le photovoltaïque. Pendant ce temps là, le petit nicolas, coure le monde pour vendre du nucléaire!
Mais où va-t-on mettre toutes ces centrales nucléaires dont la durée de fonctionnement n'est que de 40 ans? La France sera truffée de centrales inutiles et non démontables (jusqu'à preuve du contraire.

ecojo | 09 avril 2009 à 17h06
 
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Excusez-moi mais 1,7 % c'est déjà beaucoup...

Excusez-moi mais 1,7 % c'est déjà beaucoup,
lorsqu'il s'agit ici de fluide qui peut être intégré dans des peintures.

Imaginez , d'après wikipedia, ils parle de rendement de 17%, nous avons 10 fois moins mais en peinture et moins cher :
"...
Une surface carrée de 344 km de côté (120 000 km²) pourrait couvrir la totalité des besoins mondiaux en électricité : le rendement d'une installation photovoltaïque étant estimé entre 15-17 % (en 2007 en Europe) soit 160 kWh/an/m² avec des besoins mondiaux estimés à 19 000 TWh (chiffre 2006; 16 000 TWh en 2004[3]). Dans le cas de l'Europe des 27 (3 000 TWh), une surface de 137 km de côté (19 000 km²) suffirait, tandis que dans le cas de la France (500 TWh), il faudrait qu'elle ait 56 km de côté (3 100 km²).

D'une manière générale, on considère que la totalité de la surface des toitures existantes correctement exposées et couvertes de panneaux pourrait suffire à satisfaire la totalité des besoins mondiaux en électricité.

Pour estimer le potentiel de l'énergie solaire, il faut savoir que l'énergie émise par le soleil et reçue par la terre en environ une heure devrait permettre, si elle était récupérée en totalité, de pourvoir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant un an.
..."

fin de citation Wikipedia.

Donc si réellement on peut faire des peintures au plus 10 fois moins cher que les cellules photovoltaïques actuelles, il faut industrialiser au plus vite pour peindre bâtiments et véhicules voire les vêtements.

Attention, j'aimerais voir une étude d'impact sur la santé et l'environnement de ce genre de solution à grande échelle avant tout.

Lionel N. de Cannes | 10 avril 2009 à 16h16
 
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pour qui, quand, comment ??

tout cela ne prefigure pas une forte avancée economique pour le consommateur de base
et sera récupéré par les grands groupes et les banques. PROFESSIONNELS DE L 4ARNAQUE ET AUTRES

BLEUBIRD | 24 mai 2010 à 08h07
 
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je me cherche un sujet dans ce sens pour mon magister

mohob | 03 mars 2012 à 11h47
 
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