Une solution inspirée… des crèmes solaires

Les scientifiques s’intéressent depuis des années au potentiel des cellules solaires organiques à base d’accepteurs non fullerènes (NFAs). En France, le projet NFA-15 est l’un des plus avancés dans le domaine. Les équipes du projet ont réussi à créer des cellules en polymères affichant un rendement de 13 % en 2017, grâce à l’utilisation de NFAs. Malgré cette performance satisfaisante, comparable à celle des cellules au silicium, les cellules développées dans le cadre du projet NFA-15 ont une durée de vie très limitée, de l’ordre de 7 à 10 ans.

Une équipe sino-américaine des Universités du Michigan, de Caroline du Nord, de Tianjin et de Zhejiang s’est penchée sur ce problème et a trouvé une solution qui utilise le même principe que les crèmes solaires.

Cette équipe internationale a voulu résoudre un problème commun à toutes les cellules en polymères à base d’accepteurs non-fullerènes. Les molécules des NFAs comportent en effet des liaisons faibles, très vulnérables aux photons ultraviolets provenant du soleil. Au contact de ces photons, les liaisons faibles se désintègrent rapidement, conduisant à une perte des propriétés photovoltaïques de la cellule.

Pour ralentir ce phénomène, les chercheurs ont eu l’idée d’appliquer une couche protectrice à base d’oxyde de zinc sur la partie des cellules exposée aux rayons du soleil. Du côté opposé, celui de l’électrode, ils ont ajouté une couche tampon en fullerène 70 (C70), suivie d’une autre couche de cristallites d’oxyde de molybdène (MoO3). 

Des fenêtres photovoltaïques transparentes

Cette avancée est porteuse d’espoir pour l’énergie solaire. Les cellules organiques NFAs se trouvent en effet au cœur des recherches portant sur les fenêtres photovoltaïques de demain, lesquelles doivent être robustes, durables, élégantes et transparentes. Les chercheurs ont d’ores et déjà résolu les trois premiers défis. La prochaine étape consiste donc à rendre ces cellules encore plus transparentes. Les cellules solaires organiques développées par l’équipe sino-américaine transmettent 40 % du spectre lumineux visible. 

Les travaux de l’équipe sino-américaine rappellent encore une fois le potentiel et les défis posés par les fenêtres photovoltaïques, une solution pourtant très intéressante d’un point de vue énergétique et esthétique. Ces vitrages d’un nouveau genre répondent en effet à plusieurs problématiques de l’aménagement et de l’architecture urbaine.

Dans les grandes villes, les panneaux transparents optimiseront le design des grandes tours, tout en améliorant l’exposition au soleil des cellules photovoltaïques.

Grâce à sa verticalité, ce vitrage « solaire » demande beaucoup moins d’espace que les équipements photovoltaïques traditionnels. Tous ces avantages poussent nombre de start-ups à investir dans ce domaine, à l’instar de Sunpartner ou de ClearVue.