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Pousser les cellules solaires en plastique
Les cellules solaires en plastique sont légères, flexibles et, surtout, peu coûteuses à fabriquer. Mais jusqu'à présent, ces dispositifs ont été trop inefficaces pour rivaliser avec les cellules solaires au silicium pour la plupart des applications. Aujourd'hui, des chercheurs de quelques institutions prétendent avoir fabriqué des cellules solaires en polymère avec une efficacité record. Ces cellules ne sont toujours pas assez bonnes pour rivaliser avec le silicium, mais l'efficacité des polymères augmente à un rythme d'environ 1 % par an. S'ils peuvent maintenir ce rythme, disent les chercheurs, les cellules solaires en plastique seront en concurrence avec le silicium d'ici quelques années.
Polymères puissants : Cette illustration montre les différentes couches qui composent une nouvelle cellule solaire en plastique avec une efficacité interne presque parfaite. De bas en haut, les couches sont en verre, une électrode transparente, deux couches de polymère, une couche d'oxyde de titane qui redistribue la lumière et une électrode en aluminium.
Cette semaine, dans l'édition en ligne de Photonique de la nature , les chercheurs ont signalé des cellules solaires en polymère qui convertissent environ 6,1 % de l'énergie solaire en électricité, ce qui se rapproche un peu plus des 10 % qui, selon eux, seront nécessaires pour s'implanter de manière significative sur le marché. (Les cellules au silicium conventionnelles sont efficaces à environ 15 pour cent.) Les nouveaux chiffres d'efficacité montrent que nous sommes dans le jeu, dit Alain Heeger , professeur de physique à l'Université de Californie à Santa Barbara, qui a dirigé la recherche. Heeger a partagé le Prix Nobel de chimie en 2000 pour son rôle dans le développement des premiers polymères conducteurs, et il est cofondateur et scientifique en chef à Konarka , une société de cellules solaires en plastique dont le siège est à Lowell, MA.
Les résultats des chercheurs californiens se comparent très favorablement aux descriptions publiées antérieurement de cellules solaires en polymère, dont l'efficacité a oscillé autour de 5 %. Konarka dit que les cellules de l'entreprise, qui utilisent des matériaux différents de ceux fabriqués dans le laboratoire universitaire de Heeger, ont récemment été évaluées à environ 6,4%. Et un concurrent de San Mateo, en Californie, appelé Énergie solaire a fabriqué des cellules en plastique avec des efficacités similaires, selon un chercheur affilié.
Les cellules solaires en plastique, aussi bien conçues soient-elles, ont des limites intrinsèques dictées par les polymères qui composent leur couche active. Les polymères fabriqués jusqu'à présent ne peuvent absorber que des bandes de lumière relativement étroites. Il est possible d'augmenter leur efficacité de conversion de puissance en empilant des films de polymères conçus pour capter différentes bandes de lumière ; Le groupe de Heeger a, en fait, eu un certain succès avec cela dans le passé. Mais cette approche a un inconvénient majeur. La superposition est vouée à l'échec parce que vous augmentez les coûts de fabrication, dit Luping Yu , professeur de chimie organique à l'Université de Chicago, qui travaille également sur les cellules solaires.
Une façon d'améliorer les performances de ces cellules est de s'assurer que chaque photon qui est absorbé par les polymères est converti en un électron qui peut être collecté. Le groupe Heeger a renforcé l'efficacité globale de ses cellules en améliorant cette efficacité interne. La capacité des électrons à se déplacer à l'intérieur de ces films dépend de la qualité de l'interface entre les deux composants qui composent le film : dans la cellule de l'Université de Californie, il s'agit d'un polymère conducteur et d'une version d'un composé carboné en forme de ballon de football appelé un fullerène. Le groupe de Heeger a testé des films constitués de différents rapports de ces deux composants, ainsi que de différents solvants pour les traiter.
Le résultat est une cellule avec une efficacité interne presque parfaite. Toute la lumière qui a été absorbée a été convertie en charges, dit Zhenan Bao , professeur agrégé de génie chimique à l'Université de Stanford, qui n'a pas participé à la recherche. Ce groupe a fait une très bonne ingénierie sur les cellules.
Je suis enthousiasmé par les progrès, dit Pour contacter Yang , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Californie à Los Angeles. Vous poussez le record progressivement. Heeger est d'accord : la taille du marché dépend du coût en dollars par watt, donc chaque augmentation de l'efficacité est importante.
Alors que Yang, Bao et Heeger disent que les chiffres atteints par le groupe de Heeger sont une démonstration importante du potentiel des cellules solaires polymères, tous reconnaissent que les matériaux existants ne seront pas ceux qui feront avancer l'industrie. Dix pour cent [d'efficacité] serait une percée, dit Heeger. Nous y arrivons en synthétisant de nouveaux matériaux qui répondent à une plus grande partie du spectre énergétique.
Les matériaux organiques sont encore limités à la lumière visible, dit Yang, mais une grande partie de l'énergie du soleil se trouve dans la partie voisine du spectre - l'infrarouge - les scientifiques des polymères travaillent donc sur des matériaux de cellules solaires qui peuvent également absorber cette bande. Yu de l'Université de Chicago, qui collabore avec Solarmer Energy, dit que la société a utilisé ses polymères, qui absorbent la lumière de longueur d'onde plus courte, pour fabriquer des cellules qui devraient atteindre plus de 7 % d'efficacité, mais il ne peut pas divulguer les détails car les résultats n'ont pas encore été publiés.