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Donner aux cellules solaires en plastique un regain d'énergie
Les cellules solaires polymères sont utilisées dans les sacs à dos et les parapluies de chargement solaire, mais elles ne convertissent toujours qu'environ 6 % de l'énergie de la lumière du soleil en électricité, soit environ un tiers de ce dont les panneaux de silicium conventionnels sont capables. Si l'efficacité des cellules solaires en polymère, moins chères et plus légères que les cellules en silicium, peut être considérablement augmentée, elles pourraient être idéales pour le plâtrage sur les toits ou le laminage sur les fenêtres.
Plastiques de puissance : Solarmer Energy vise à atteindre 10 % d'efficacité d'ici la fin de cette année avec ses cellules solaires en plastique imprimables. Ses modules solaires organiques devraient être intégrés dans les sacs à dos et les panneaux de chargement des téléphones portables d'ici début 2011.
Énergie solaire , basée à El Monte, en Californie, est en passe d'atteindre 10 % d'efficacité d'ici la fin de cette année, a déclaré Yue Wu, directeur général et directeur de la recherche et du développement de l'entreprise. Les cellules organiques auront probablement besoin d'au moins cette efficacité pour rivaliser sur le marché photovoltaïque.
En collaboration avecLuping Yu, professeur à l'Université de Chicago, la startup a déjà conçu des polymères qui absorbent une large gamme de longueurs d'onde et a fabriqué des cellules qui convertissent la lumière du soleil en électricité avec une efficacité record de près de 8 %.
Des cellules solaires polymères avec des rendements encore plus élevés sont en cours d'élaboration. Solarmer collabore avec Pour contacter Yang , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Université de Californie à Los Angeles. Yang travaille sur un empilement de plusieurs cellules qui absorbent différentes bandes de lumière. Il espère atteindre 12 à 15 % d'efficacité en utilisant cette approche avec de nouveaux polymères et une meilleure conception des appareils. Jusqu'à présent, il a réalisé des prototypes de laboratoire dont l'efficacité est supérieure à 6 %. Il présente ce travail mardi au Réunion de la Société américaine de physique .
Les cellules solaires en polymère devraient être moins chères à fabriquer que celles en couche mince de tellurure de cadmium ou de séléniure de cuivre-indium-gallium (CIGS) car elles utilisent des matériaux à faible coût et faciles à imprimer, selon Michael McGehee , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Université de Stanford. Mais McGehee pense que les cellules polymères devront être efficaces à plus de 15 % pour avoir un impact majeur sur le marché de l'énergie solaire. Nous ne comprenons toujours pas assez bien la physique pour savoir quelle est la limite théorique, dit McGehee. Je pense que des cellules avec 15 à 20 pour cent pourraient être possibles.
L'équipe de recherche de Solarmer a plusieurs tactiques pour augmenter l'efficacité des cellules. Ses cellules sont constituées d'un polymère semi-conducteur qui absorbe la lumière du soleil et libère des électrons, et d'une nanostructure de carbone qui transporte les électrons vers le circuit externe.
À l'intérieur du polymère, les électrons passent d'un niveau d'énergie faible à un niveau élevé lorsqu'ils sont bombardés par des photons. Plus la différence (ou la bande interdite) entre ces niveaux est petite, plus une cellule absorbe de lumière et plus son efficacité est élevée. Une façon de réduire la bande interdite est de faire baisser le niveau d'énergie le plus élevé. Yu, professeur de chimie à l'Université de Chicago, utilise cette technique pour concevoir de nouveaux types de polymères à bande interdite étroite. La beauté des cellules solaires organiques est que nous sommes capables de concevoir de nouveaux matériaux qui peuvent adapter ces niveaux d'énergie, dit Yang.
Les chercheurs tentent également d'améliorer l'interface entre le polymère et la nanostructure de carbone afin que les électrons puissent se déplacer plus rapidement vers le circuit externe sans être piégés dans le matériau. Et ils développent de meilleurs matériaux d'électrodes et de meilleures méthodes de fabrication des électrodes. Yang dit que ces avancées permettront à terme d'augmenter l'efficacité des cellules individuelles et des cellules empilées.
Même si Solarmer atteint son objectif d'efficacité de 10 %, dit Wu, cela peut prendre jusqu'à trois ans avant que l'entreprise puisse imprimer des panneaux de toit de qualité commerciale avec ces cotes. À l'heure actuelle, la société prévoit d'installer des appareils sur des sacs pour ordinateurs portables et des panneaux arrière de téléphones portables au début de 2011, suivis par des auvents et des parasols.
Yang dit que les cellules solaires organiques ont besoin non seulement d'une efficacité plus élevée, mais également d'une plus grande stabilité. Ce qui est commercialisé n'est pas la technologie la plus efficace mais la plus reproductible, dit-il. En effet, la start-up solaire en plastique Konarka , basée à Lowell, MA, produit des panneaux flexibles à grande échelle malgré une efficacité de 3 à 5 %.
Adam Moulé , professeur de génie chimique et de science des matériaux à l'Université de Californie à Davis, affirme que l'augmentation de la durée de vie des cellules solaires organiques est désormais le plus grand défi. Les panneaux Solarmer ont une durée de vie pouvant aller jusqu'à trois ans.
Le record d'efficacité de 7,9% rapporté est vraiment incroyable, dit Moulé. Si des unités photovoltaïques organiques de plus de 5 % d'efficacité énergétique pouvaient être fabriquées avec une durée de vie garantie de plus de cinq ans, alors je pense qu'elles seront compétitives par rapport aux CIGS et au silicium en raison du coût réduit des panneaux.