La production d’électricité photovoltaïque pourrait trouver de nouveaux développements grâce à la réalisation de panneaux solaires à colorants, moins coûteux, moins polluants… mais aussi moins performants que la technologie silicium actuellement utilisée. Les chercheurs de l’Institut UTINAM de l’université de Franche-Comté ont mis au point de nouveaux colorants aux performances inédites. De tels résultats augurent de perspectives prometteuses pour améliorer le rendement de conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique grâce aux cellules solaires à colorants.
Rendement et efficacité sont les mots d’ordre guidant les recherches sur les cellules solaires à colorants. Deux nouvelles molécules sont ainsi nées des recherches menées au département Matériaux et surfaces structurés de l’Institut UTINAM. Testées dans des conditions réelles d’exploitation, ces molécules colorées ne laissent aucun doute quant à leur performance, et constituent une piste sérieuse pour développer le type de structure moléculaire le plus à même d’améliorer l’efficacité des cellules dont elles sont un composant essentiel.
Actuellement, les cellules solaires sont pour la majorité composées de silicium, matériau semi-conducteur assurant à lui seul la capture et la transformation du rayonnement solaire en électricité. Son rendement de conversion est de l’ordre de 15 %. Cependant, cette technologie impose le recours à du silicium d’une pureté quasi absolue, générant des traitements extrêmement coûteux et polluants. Pour pallier ces défauts de taille, les scientifiques étudient la possibilité de développer des technologies de substitution liées à d’autres matériaux.
Les cellules solaires à colorants ont été inventées voilà tout juste vingt ans par Michaël Graëtzel, à l’école polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Très succinctement, le principe repose sur la combinaison de deux éléments : du dioxide de titane et un colorant, jouant chacun un rôle spécifique. Sous l’action de l’énergie lumineuse, les électrons de la molécule colorée passent d’un état fondamental à un état excité. Les électrons sont alors éjectés vers le dioxide de titane, ce déplacement générant de l’électricité. Depuis cette découverte, les chercheurs n’ont de cesse d’améliorer le rendement des cellules, atteignant aujourd’hui jusqu’à 8 % grâce au colorant Black Dye, la référence en la matière, mais dont la synthèse s’avère très complexe et polluante.
Issus d’une combinaison de ruthénium et de terpyridine, les deux colorants mis au point sur les paillasses de l’Institut UTINAM affichent des rendements de 4,5 à 5,5 %, parfois supérieurs à ceux du Black Dye placé dans les mêmes conditions d’observation. Les mesures sont effectuées par la société suisse SOLARONIX qui, depuis juillet dernier, effectue des tests de comparaison pour éprouver les nouveaux matériaux mis au point par le laboratoire. De telles performances sont supérieures aux résultats obtenus ces dernières années par les scientifiques, ne dépassant guère 1 %, et valent à l’équipe comtoise une reconnaissance internationale dans le domaine des cellules solaires à colorants.
