Des innovations suggèrent un brillant avenir pour le photovoltaïque imprimé

Publié par Redbran le 30/12/2020 à 13:00
Source: © Union européenne, [2020] / CORDIS
De nouveaux matériaux et des innovations dans les procédés susceptibles de rendre le photovoltaïque imprimé plus fiable, plus durable et plus rentable. Cela pourrait à son tour accélérer la transition de l'Europe vers un système énergétique décarbonisé.


Schéma d'une cellule solaire en silicium cristallin typique. Pour réaliser ce type de cellule, des plaquettes de silicium de haute pureté sont "dopées" avec diverses impuretés et fusionnées entre elles. La structure résultante crée une voie pour le courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) à l'intérieur et entre les cellules solaires.

Le photovoltaïque (PV) imprimé, qui peut être utilisé pour convertir la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) en électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...), offre de nombreux avantages. Les panneaux sont plus légers que les panneaux classiques et potentiellement moins chers à produire en série. Ils ont par conséquent été attribués comme une source d'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il...) renouvelable prometteuse pour l'avenir. "Le potentiel de réduction des coûts des modules PV imprimés pourrait être considérable", explique Stelios Choulis, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) principal du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) Sol-Pro, fondateur et responsable de l'unité de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) en électronique moléculaire et photonique à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Chypre (Chypre (grec Κύπρος ; turc Kıbrıs) est une...). "Une ligne de production d'impression rouleau à rouleau a le potentiel de produire la même surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) en quelques dizaines d'heures (L'heure est une unité de mesure  :) qu'une usine de production de panneaux conventionnels en un an." Les PV imprimés atteignent désormais les mêmes valeurs de rendement que les PV au silicium classiques.

Un défi majeur consiste cependant à garantir que les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) optoélectroniques organiques et hybrides en pérovskite- matériaux utilisés dans la production de PV imprimés - soient écuries à long terme sur le plan environnemental. Cela est primordial pour que les PV imprimés puissent participer à l'avenir durable de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...). Les PV ont été prévus comme une technologie clé pour la décarbonisation du système énergétique européen. En réalité, l'UE doit faire passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) sa capacité photovoltaïque de 117 GW à plus de 630 GW d'ici 2025 et à 1,94 TW d'ici 2050 afin de couvrir 100% de ses besoins en électricité par des énergies renouvelables.

Optimiser les performances des cellules solaires

Le projet Sol-Pro, financé par le Conseil européen de la recherche, s'est attaché à relever certains de ces défis. Stelios Choulis et son équipe ont analysé les matériaux et les dispositifs PV imprimés, en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) d'optimiser leur compétitivité en termes de coûts et leur fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée...) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) au long de leur durée de vie (La vie est le nom donné :). De nouveaux systèmes de matériaux ont été testés et éprouvés.

Des matériaux optoélectroniques synthétiques et des méthodes de traitement innovants ont également été développés, dans le mais de contrôler avec précision des éléments critiques, tels que la taille et la cristallinité des nanoparticules. Il a été affiché que ces améliorations amélioraient les performances et la fiabilité des dispositifs photovoltaïques. "Nous avons également pu démontrer qu'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'aspects physiques et techniques qui régissent le comportement des PV imprimés se retrouvent aux interfaces des dispositifs PV", ajoute Stelios Choulis. "Cela nous a permis de développer des interfaces de haute qualité qui optimisent les performances des PV." De nouvelles méthodes de traitement des couches intermédiaires de surface et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la...) additive des couches actives ont également montré qu'elles permettaient d'augmenter les performances de durée de vie, dans des conditions de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) et d'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance...) accélérées.

Production d'énergie du futur

Stelios Choulis est convaincu que les progrès réalisés dans le cadre du projet Sol-Pro contribueront de manière positive au développement continu de l'impression de PV à faible coût et de grandes surfaces pour la production d'énergie. L'équipe a démontré avec succès que les performances thermiques des PV imprimés peuvent être améliorées grâce à l'incorporation de couches de blocage de la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) dans l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des dispositifs PV. "Ces innovations peuvent maintenant être appliquées dans la pratique à la fabrication de PV imprimés rouleau à rouleau", dit-il. "Elles offrent des solutions techniques simples pour réduire l'audit, de stabilité et de fiabilité des PV traités en solution." Le projet Sol-Pro a également identifié certaines limitations persistantes de la durée de vie.RoLA-FLEX , un projet récemment lancé et financé par l'UE qui entend relever ce défi spécifique.

Des électrodes peu coûteuses avec de nouvelles méthodes d'impression seront également étudiées dans le cadre de ce projet. Entre-temps, les développeurs de matériel électronique, les sociétés chimiques, les fabricants d'équipements d'impression et les producteurs de modules PV imprimés devraient bénéficier des recherches de Sol-Pro. Une grande partie des travaux a été publiée dans des communiqués scientifiques en libre accès et représente un excellent point (Graphie) de départ pour le développement futur de la prochaine génération de PV imprimés fiables et durables.

Comment fonctionne la technologie PV?

Les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) frappent et ionisent le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) semi-conducteur (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un...) sur le panneau solaire (Un panneau solaire ou capteur solaire est un dispositif destiné à récupérer une partie du...), provoquant la rupture des électrons extérieurs de leurs liaisons atomiques. En raison de la structure semi-conductrice, les électrons sont forcés dans une direction créant un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) de courant électrique. Les cellules solaires ne sont pas efficaces à 100% dans les cellules solaires en silicium cristallin, en partie parce que seule une certaine lumière du spectre peut être absorbée. Une partie du spectre lumineux est réfléchie, une partie est trop faible pour créer de l'électricité (infrarouge) et une partie (ultraviolette) crée de l'énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation...) au lieu de l'électricité.
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