Des cellules photovoltaïques de troisième génération abordables
Malgré les avancées extraordinaires réalisées dans le domaine de la technologie des cellules photovoltaïques (Cp), leur adoption à grande échelle reste encore limitée. Leur problème réside principalement dans un manque de rentabilité lié à la forte consommation énergétique nécessaire à leur fabrication et leur transformation (forte intensité énergétique). L'électronique plastique et les semi-conducteurs inorganiques transformables en solution apportent maintenant une solution possible à ce problème. Les cellules photovoltaïques fabriquées avec ces matériaux peu coûteux présentent déjà une efficacité concurrentielle et une meilleure performance que le silicium amorphe ou le séléniure de cuivre/indium. Le projet SANS («Sensitizer activated nanostructured solar cells»), financé par l'Union européenne, a franchi une étape supplémentaire en mettant au point une nouvelle génération de cellules photovoltaïques nanostructurées. Cette technologie photovoltaïque de troisième génération se caractérise par une forte modulabilité et un coût de fabrication faible tant au niveau des panneaux solaires que des matériaux utilisés. Elles peuvent être déployées sur leurs marchés traditionnels (fermes solaires et panneaux de toit) ou bien être exploitées sur des marchés en évolution comme la photovoltaïque intégrée dans les bâtiments. Les partenaires du projet ont obtenu un rendement record pour des cellules low-cost à pigments photosensibles tout solide (ssDSSC, pour solid-state DSSC) et généré un module d'une durée de vie de 20 ans en utilisation extérieure. Trois sous-systèmes critiques se sont révélés essentiels pour le développent de ces cellules: l'antenne absorbant la lumière, l'oxyde méso-structuré transporteur d'électrons et le transporteur de charge (trous/électrolyte). Dans ces domaines, l'équipe a obtenu un large succès en produisant de meilleurs colorants moléculaires absorbants et de meilleurs puits quantiques inorganiques, des électrodes méso-poreuses innovantes ainsi que des électrolytes et dispositifs de transports de trous optimisés. Les partenaires du projet ont conçu des électrolytes sans solvant pour cellules photovoltaïques parfaitement stables approchant la cible de 20 000 heures d'exposition continue à la lumière solaire artificielle. Ils ont par ailleurs développé une nouvelle famille de colorants multi-chromophores de haute efficacité avec une cellule photovoltaïque à pigment photosensible bleu parfaitement adaptée aux applications solaires intégrées directement aux constructions. Ils ont également breveté de nouveaux monocristaux méso-poreux à base de dioxyde de titane. Ce matériau permet d'éliminer l'étape de frittage au niveau de la production des ssDSSC, accroissant d'autant le choix du substrat et la réduction des coûts de production. Ces monocristaux devraient améliorer les propriétés des DSSC et leur ouvrir des opportunités dans les systèmes de stockage d'énergie. Un rendement de l'ordre de 14 % a été obtenu en laboratoire en utilisant des matériaux absorbants à base de pérovskite (titanate de calcium). La performance des cellules photovoltaïques à base de pérovskite devrait largement dépasser celle des cellules photovoltaïques de première et seconde génération. Pendant ce projet, les partenaires ont généré plus de 80 publications scientifiques, déposé un grand nombre de brevets et organisé de multiples ateliers et conférences.
Mots‑clés
Photovoltaïque, nanocristaux, cellule à pigment photosensible, cellule photovoltaïque, semi-conducteur
