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Au MIT, des chercheurs développent des cellules photovoltaïques flexibles plus fines qu’un cheveu

Au MIT, des chercheurs développent des cellules photovoltaïques flexibles plus fines qu'un cheveu



Transformer n’importe quelle surface du quotidien en source d’énergie solaire. C’est l’objectif que s’est fixée une équipe d’ingénieurs du prestigieux Massachusetts Institute of Technology (MIT), ce qui l’a menée au développement de cellules photovoltaïques ultralégères. Durables, flexibles et plus fines qu’un cheveu, ces cellules d’un genre nouveau sont environ 100 fois plus légères qu’un capteur solaire traditionnel, ce qui leur permet de générer 18 fois plus d’énergie par kilo.

Ce n’est pas leur seul avantage : elles sont fabriquées à base d’encres semiconductrices, ce qui veut dire que ces cellules peuvent être fabriquées à très grande échelle via un procédé dérivé de l’impression. Et parce qu’elles sont extrêmement fines et légères, ces cellules solaires peuvent être couchées sur un nombre incalculable de surfaces. Les chercheurs les imaginent ainsi installées sur les ailes d’un drone, la voile d’un bateau, la toile d’une tente ou le tissu d’un vêtement.

« Les paramètres utilisés pour évaluer une nouvelle technologie de cellules solaires se limitent généralement à leur rendement de conversion et à leur coût en dollars par watt. L’intégrabilité — c’est à dire la facilité avec laquelle la nouvelle technologie peut être adaptée — est pourtant tout aussi importante. Les tissus solaires légers permettent cette intégrabilité, ce qui a donné l’impulsion aux travaux actuels. Nous nous efforçons d’accélérer l’adoption de l’énergie solaire, compte tenu de l’urgence actuelle de déployer de nouvelles sources d’énergie sans carbone », déclare Vladimir Bulović, directeur de MIT.nano et auteur principal de la publication technique complète liée à ces travaux.

Des solutions pour améliorer la résistance des cellules

Se pose évidemment la question de la résistance de ces cellules solaires. En effet, nous avons pour habitude de voir des cellules photovoltaïques enchâssées dans des structures résistantes en vue de leur intégration aux toits par panneaux. Ici, les chercheurs ont finalement utilisé un substrat léger, flexible et résistant sous forme de tissus (connu sous le nom de Dyneema), pour y apposer leurs modules solaires qui mesurent environ 15 microns d’épaisseur. « Avec très peu de poids en plus, on obtient un matériau solaire souple et résistant aux déchirures », commentent les chercheurs.

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Ce qui est intéressant, c’est que les modules solaires sont imprimés sur un substrat de plastique pour leur fabrication, avant d’être décollés et réutilisés sur une autre matière. Une approche sélectionnée par les chercheurs pour découpler la fabrication des cellules solaires de leur utilisation finale, afin d’ouvrir la voie à une multitude d’usages possibles.

Il s’agit d’une évolution de premiers travaux entamés il y a six ans par le ONE Lab (Organic and Nanostructured Electronics Laboratory), également dirigé par Vladimir Bulović. Ces derniers avaient déjà permis la création de cellules solaires ultrafines, mais s’appuyaient sur un procédé de fabrication beaucoup plus complexe et coûteux. Ces cellules étaient également bien plus fragiles et délicates à manipuler.

20 kilos pour 8000 watts de production électrique

Les chercheurs du MIT ont pu tester ces cellules en conditions réelles et constaté qu’elles peuvent fournir 730 watts d’énergie par kilo (370 watts lorsqu’elles sont intégrées au tissus Dyneema). « Une installation solaire typique sur un toit dans le Massachusetts représente environ 8000 watts. Pour produire la même quantité d’énergie, nos panneaux photovoltaïques en tissu n’ajouteraient qu’environ 20 kilogrammes au toit d’une maison« , indiquent-ils.

C’est, effectivement, beaucoup plus léger que l’installation de panneaux photovoltaïques traditionnels, qui pour cette capacité pèsent environ 400 kilos. Quant à la durabilité du matériau, selon leurs tests, les cellules sur tissus ne perdent que 10 % de leur capacité de transformation en énergie après 500 « pliages ».

Encore des travaux avant une éventuelle commercialisation

Prochaine étape ? La création d’une protection suffisante mais très légère, très fine, pour des usages nécessitant une plus grande résistance. L’idée étant, ici aussi, de protéger les cellules solaires de l’humidité et de l’oxygène de l’air, pour maximiser leurs performances dans le temps, sachant que des matériaux organiques altérables interviennent dans le procédé de fabrication.

« Nous nous efforçons d’éliminer autant de matériaux non solaires que possible tout en conservant le facteur de forme et les performances de ces structures solaires ultralégères et flexibles. Par exemple, nous savons que le processus de fabrication peut être simplifié en imprimant les substrats détachables, comme nous le faisons pour les autres couches de notre dispositif. Cela permettrait d’accélérer la mise sur le marché de cette technologie », concluent-ils.

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Written by Sonia

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