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Les cellules solaires organiques du CEA, alliées des objets connectés

Par Hervé Vaudoit

Journaliste

Le laboratoire de Solenn Berson au Bourget-du-Lac, près de Chambéry

[parrainé] Une nouvelle génération de cellules solaires développée par le CEA produit assez d’énergie pour alimenter des objets connectés en intérieur de façon autonome, sans besoin de recharge. Avec un rendement inédit de 25% sous une faible luminosité.

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Associé naturellement – et souvent exclusivement – au nucléaire, le commissariat à l’Énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) s’intéresse depuis belle lurette aux autres sources d’énergie, à commencer par le solaire. Dans ce domaine, ses laboratoires de recherche figurent d’ailleurs parmi les plus performants et les plus prolifiques de la planète, avec à la clé de nombreuses avancées technologiques et autant de brevets à fort potentiel déposés chaque année.

 

60% de mieux qu’une cellule classique

Un de ses récents succès, à mettre à l’actif du Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (CEA Liten), c’est d’avoir réussi à mettre au point une cellule photovoltaïque organique (PVO) d’un rendement de 25% en faible luminosité. Selon Solenn Berson, qui dirige le laboratoire du CEA Liten dédié au photovoltaïque organique, cette performance améliore de 60% les rendements maximum obtenus dans les mêmes conditions d’éclairement avec des cellules classiques en silicium amorphe. « Comme celles que l’on trouve sur les calculatrices », précise la scientifique. Obtenue sous une lumière de 220 lux, équivalent à ce que l’on trouve dans un bureau normalement éclairé, cette performance a été enregistrée avec une cellule plaquée sur un support en verre, qui reste le matériau affichant le meilleur rapport transparence/coût.

Les cellules solaires organiques du CEA, alliées des objets connectés
Encore en phase de développement, les cellules photovoltaïque à hétérojonction de silicium de nouvelle génération affichent des rendements records. Ils pourraient permettre à l’industrie européenne de se refaire une place au soleil sur le marché mondial des énergies renouvelables. (Photo CEA)

Des essais ont également été réalisés avec des cellules montées sur une feuille souple de polytéréphtalate d’éthylène (ou PET), le matériau dont sont faites la plupart des bouteilles d’eau en plastique vendues en France. Le rendement chute alors de quelques points, « en raison de la plus faible transparence du PET », explique Solenn Berson, mais la flexibilité du support permet d’envisager d’autres applications que celles d’une cellule montée sur verre rigide.

 

De l’énergie pour l’internet des objets

Quels débouchés peut-on imaginer pour ces cellules photovoltaïques d’un nouveau genre ? Qu’elles deviennent un standard pour fournir de l’énergie aux appareils relevant de l’IoT – l’internet des objets, souvent utilisés sous lumière faible. « Elles peuvent alimenter et rendre autonomes en énergie les différents capteurs, de plus en plus nombreux, que l’on trouve à l’intérieur des bâtiments », avance la chercheuse. Qui évoque également « tous les appareils consommant peu d’électricité que l’on utilise en intérieur et qui doivent être rechargés régulièrement. » Ces appareils pourraient alors se passer de batterie, ce qui ferait baisser leur prix, leur poids et leurs dimensions. Car l’un des atouts des PVO, c’est d’être potentiellement peu chers à produire, « à condition que le marché se développe et qu’il y ait suffisamment de volumes pour faire mécaniquement baisser les coûts », souligne Solenn Berson.

Encore en phase de développement, les cellules PVO ont un autre atout par rapport au silicium, « elles consomment très peu de matière et peuvent être fabriquées selon un procédé d’impression à bas coût », poursuit la chercheuse. Quand elles sont montées sur un substrat en plastique souple, elles pèsent ainsi moins de 1 kg par m², contre 5 à 10 kg par m² pour les cellules classiques en silicium, selon le type de support utilisé.

 

Les Japonais à la pointe

Commercialiser dans les deux ans qui viennent des cellules PVO capables d’équiper ces capteurs et les rendre autonomes, c’est l’objectif du groupe chimique japonais Toyobo, qui a développé le matériau organique – dont la formulation reste confidentielle – à partir duquel cette technologie a été mise au point. Lancés en juin 2019, les travaux de développement qui ont permis d’obtenir ces résultats ont été conduits à l’Institut national de l’énergie solaire (Ines), basé à Chambéry (Savoie).

« Cela a consisté à trouver les meilleures formulations et à optimiser l’architecture de ces cellules pour améliorer leurs performances sous une faible luminosité », raconte Solenn Berson, précisant que le matériau organique de Toyobo « se dissout facilement sans employer de solvants toxiques », ce qui permet d’envisager une production à grande échelle sans contraintes environnementales susceptibles de faire grimper les coûts. ♦

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Avec les rendements obtenus par le CEA dans l’ambiance lumineuse d’un bureau, une cellule photovoltaïque organique de cette taille produit peu d’électricité, mais suffisamment pour alimenter un capteur ou un objet connecté de façon autonome. (Photo CEA)

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