Des cellules solaires à pigment photosensible pourraient révolutionner l’énergie solaire
Les cellules solaires semi-transparentes permettent d’intégrer la récupération d’énergie à la surface des bâtiments et des véhicules. Plusieurs nouvelles technologies ont vu le jour ces dernières années, mais la plupart offrent des niveaux de transparence fixes et ne peuvent s’adapter aux variations de température et d’ensoleillement. Les cellules solaires à pigment photosensible (DSSC pour dye-sensitised solar cells) constituent une solution prometteuse, rentable et auto-adaptable qui pourrait permettre à l’Europe d’étendre son empreinte d’énergie solaire. «Les cellules solaires à pigment photosensible peuvent être semi-transparentes et fabriquées dans une large gamme de couleurs, ce qui leur confère une polyvalence esthétique et les rend particulièrement intéressantes pour les systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments, tels que les fenêtres et les façades», explique Renaud Demadrille(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), directeur de recherche et chef d’équipe au CEA(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), le commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, en France. Dans le cadre du projet PISCO, financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Renaud Demadrille et son équipe se sont appuyés sur une proposition novatrice antérieure pour combiner le photochromisme et les concepts photovoltaïques, créant ainsi la première cellule solaire semi-transparente capable de s’adapter optiquement à la lumière et aux conditions météorologiques. L’équipe de PISCO a approfondi ce concept en créant une nouvelle classe de cellules solaires qui intègrent ces deux propriétés. «Nos travaux ont démontré que les deux phénomènes apparemment incompatibles que sont le photochromisme et le photovoltaïque peuvent être combinés en un seul dispositif sur base d’un seul type de molécule», explique Renaud Demadrille.
Des cellules solaires à pigment photosensible autoréglables
Les DSSC sont des dispositifs relativement simples constitués d’un semi-conducteur en couche qui peut adsorber un pigment et conduit les électrons générés par l’énergie solaire vers une électrode. Le pigment augmente la sensibilité à la lumière du soleil et transfère des électrons au semi-conducteur. Le troisième composant, un électrolyte, régénère le pigment et complète le circuit. L’ensemble du système est enfermé entre deux électrodes conductrices transparentes. L’équipe a développé cette technologie dans le but de l’intégrer à grande échelle dans les bâtiments, les transports et l’agrivoltaïque à l’avenir, en tirant parti de sa transparence variable et auto-adaptative. «Nous avons démontré que ces cellules ont la capacité de moduler leur absorption de la lumière et leur obscurcissement en réponse à des intensités lumineuses plus élevées, augmentant ainsi la production d’électricité, sans aucune manipulation externe», explique Renaud Demadrille.
Une nouvelle classe de composants photovoltaïques
L’un des résultats les plus importants du projet est le développement d’une nouvelle classe de dispositifs photovoltaïques autoréglables. «En concevant les nouveaux pigments photochromiques au niveau moléculaire, nous avons créé des cellules solaires transparentes avec des processus de coloration et de décoloration rapides, ainsi qu’un indice élevé de rendu des couleurs», ajoute Renaud Demadrille. «Cela offre un bon confort visuel aux utilisateurs et permet en même temps de produire de l’électricité». Les travaux ont également fait progresser le domaine plus large des DSSC, notamment en utilisant des techniques d’apprentissage automatique pour accélérer le développement de nouveaux électrolytes pour les cellules. «Cette approche peut être appliquée à d’autres domaines, tels que les électrolytes de batteries», confie Renaud Demadrille.
Recycler pour étendre l’intégration des DSSC
Les DSSC ont déjà trouvé une application limitée dans des conditions réelles, par exemple au SwissTech Conference Center(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), mais leur efficacité et leur stabilité limitent leur adoption. Les coûts de fabrication demeurent également élevés, mais le recyclage pourrait toutefois contribuer à les faire baisser. «Dans le cadre de PISCO, nous avons également développé des méthodes de recyclage de ces cellules, qui ont laissé entrevoir des résultats prometteurs que nous entendons partager en 2026», ajoute Renaud Demadrille. «La mise en œuvre d’une stratégie de recyclage contribuera à réduire à la fois le coût et l’empreinte carbone de cette technologie».
