Les cellules solaires révolutionnaires, lavables et extensibles, atteignent 8 % d’efficacité

• Des scientifiques développent une nouvelle cellule solaire organique ultrafine qui peut être lavée et étirée sur la moitié de sa longueur. 
• Il transforme la lumière du soleil en énergie électrique avec une efficacité de 8 %, tout en étant très stable dans l'air et dans l'eau. 
• Quelques entreprises ont manifesté leur intérêt pour la commercialisation de cette technologie. 

Développer des panneaux solaires semble bien, mais les cellules solaires lavables et flexibles sonnent encore mieux. Les scientifiques de RIKEN Research à Tokyo ont développé de nouvelles cellules organiques ultra fines qui peuvent résister à 20 cycles de lavage simulés et peuvent être étirées de la moitié de leur longueur.

Il s'agit de la première cellule solaire au monde capable d'offrir une efficacité énergétique supérieure tout en conservant son extensibilité et sa stabilité dans l'air et l'eau.

Ces cellules pourraient être utilisées dans les textiles, les appareils réseau, pour recharger des appareils mobiles en déplacement, pour alimenter des moniteurs de santé personnels et bien plus encore. Techniquement, les possibilités sont infinies. Découvrons exactement comment les scientifiques ont construit ces cellules et de quoi elles sont capables.

La structure des nouvelles cellules solaires

Une équipe de scientifiques du Centre RIKEN pour la science des matières émergentes (CEMS) a développé un photovoltaïque organique (OPV) – une fine couche active organique de cellule solaire. Il transforme la lumière provenant du Soleil en énergie électrique, avec une efficacité de 8 %, tout en étant très stable dans l'air et dans l'eau.

La couche organique plus épaisse pourrait être utilisée pour atteindre un taux de conversion maximum de 10 %, mais pour un OPV, qui mesure environ 1 micromètre d’épaisseur, 8 % représente un taux de conversion impressionnant. Et comme la matière organique est très fine, elle peut être pliée sans se briser.

Il y a quelques mois, la même couche avait été utilisée pour créer les cellules solaires, mais elles n'étaient pas suffisamment étirables. Le problème a ensuite été résolu en intégrant des feuilles d'élastomère étirées de type caoutchouc sur l'extérieur (comme une structure sandwich). Cela a permis à la cellule solaire de se plier en une structure en forme d'accordéon avec des pics et des creux.

En plus de donner à la cellule son extensibilité, les feuilles d'élastomère sont également quelque peu imperméables, ce qui permet aux cellules solaires de résister à 20 cycles de compression mécanique dans l'eau pendant 1 heure et 40 minutes. L'efficacité des cellules n'a diminué que de 20 % après 20 cycles de lavage.

Cellule solaire organique lavée et étirée

Plus précisément, l'étude montre des cellules solaires en polymère lavables avec un rendement élevé (7,9 %) et une extensibilité (52 %) maintenus. Les OPV mécaniquement stables et ultraflexibles d'une épaisseur totale de 3 micromètres sont développés en combinant des couches actives stables et une architecture inversée, offrant un rendement de conversion de puissance allant jusqu'à 7,9 % et montrant un rendement de conversion de puissance stable dans un environnement d'air ambiant (54 % du rendement initial après 1 mois) et une extensibilité de 41 %.

Référence :Nature | est ce que je:10.1038/s41560-017-0001-3 | Recherche RIKEN

La dégradation de l'efficacité était de 20,8 % lorsque les OPV autonomes étaient plongés dans l'eau pendant 2 heures. La réduction a été considérablement réduite à 5,4 % en prenant en sandwich les OPV flexibles entre deux élastomères.

Structure des OPV autoportants

Applications

Ces cellules solaires pourraient être utilisées pour alimenter des appareils électroniques tels que des capteurs permettant de mesurer la température corporelle, la fréquence cardiaque, la tension artérielle ou l’activité électrodermique. Il existe également de nombreux textiles intégrant des capteurs. En fusionnant ces technologies avec ce nouveau type de cellules solaires, quelques systèmes de vêtements à capteurs intelligents pourraient être développés.

Dans un avenir lointain, si des tensions plus élevées peuvent être obtenues, ces cellules présentes dans les vêtements pourraient être utilisées pour recharger des instruments portables tels que des smartphones, des tablettes, et pourraient un jour être en mesure de répondre aux besoins électriques des ménages. Si les cellules solaires pouvaient être intégrées à des batteries légères et fines, leur efficacité pourrait être encore améliorée.

Les applications dans le monde réel seront probablement d’ici 3 à 5 ans. En fait, quelques entreprises ont manifesté leur intérêt pour la commercialisation de cette technologie.

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Cependant, les deux principaux obstacles à la commercialisation seront la taille et le coût des cellules solaires. Pour l’instant, ils sont limités à 10*10 cm, assez coûteux à fabriquer. Mais cela dépend en grande partie du coût de la couche active. Le revêtement en feuille est étonnamment fin, ce qui permettra de réduire les coûts. Ainsi, si les grandes entreprises du marché décident de le commercialiser, elles pourraient développer une nouvelle technique pour produire en masse le matériau de la couche active et réduire le coût.