Un premier pas vers des vitres photovoltaïques photochromiques

Publié par Redbran le 11/06/2020 à 13:00
Source: CEA IRIG

Crédit: IRIG/CEA
Une équipe du CEA, en collaboration avec l'Université Pablo de Olavide (Séville, Espagne) et l'entreprise suisse Solaronix, a inventé une nouvelle famille de colorants photochromes adaptés au photovoltaïque. Le résultat de ce travail ouvre la voie à des vitrages photovoltaïques dont la transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le verre est transparent dans le visible (on voit à travers), mais il...) s'adapte à la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.), une application intéressante notamment dans le bâtiment ou dans le secteur automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence. C'est un des...). Ces résultats ont fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini...) d'une publication dans Nature Energy le 8 juin 2020.

Les cellules solaires transparentes à colorant (Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à teinter.) ont de nombreux atouts à faire valoir - faible coût, haute efficacité (14 %) même sous faible éclairement - mais elles se distinguent surtout de leurs concurrentes par leur couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) et leur transparence qui intéressent les architectes.

En proposant des cellules dont la transparence s'adapte à l'ensoleillement, les chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) à Grenoble (Irig), ont réussi à trouver un compromis entre transparence et efficacité de conversion. Comme les lunettes photochromiques, ces cellules s'assombrissent sous fort éclairement pour produire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) et s'éclaircissent dès que la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) décline.

Les chercheurs ont développé des colorants photochromes de différentes couleurs pour intégrer ces cellules du futur. Leur formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables et possédant des propriétés...) et leur structure ont alors été optimisées afin de concilier photochromisme et effet photovoltaïque. Les cellules solaires photochromiques obtenues passent du jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) pâle à l'orangé, au rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) ou encore au vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont...) foncé sous forte luminosité, ce qui permet d'augmenter leur rendement photovoltaïque. Une cellule de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) active de 14 cm2 a ainsi produit 32,5 mW après coloration.

Les premiers résultats en termes de stabilité sont également très encourageants (au moins 50 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) sans encapsulation (L'encapsulation en général est la notion de mettre une chose dans une autre. En imageant, on peut voir que cette chose est mise dans une capsule. En...), c'est-à-dire sans aucune protection sur la cellule). Il reste donc à optimiser la stabilité de ces cellules et les vitesses de transition entre faible et forte luminosités.

Ces travaux, menés dans l'UMR Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) (SyMMES, CEA-CNRS-UGA) sont soutenus par l'ANR (programme OH-risque) et par une bourse ERC Advanced Grant qui a débuté en septembre 2019.


Les cellules solaires photochromiques passent du jaune pâle à l'orangé, au rouge ou encore au vert foncé sous forte luminosité, augmentant du même temps leur rendement photovoltaïque.
Crédit: IRIG/CEA.

Références:
Huaulmé Q, Mwalukuku VM, Joly D, Liotier J, Kervella Y, Maldivi P, Narbey S, Oswald F, Riquelme AJ, Anta JA and Demadrille R
Photochromic dye-sensitized solar cells with light-driven adjustable optical transmission and power conversion efficiency.
Nature Energy, 2020.

Voir aussi:
- News (NeWS est un système de fenêtrage conçu par James Gosling (qui a contribué à Java) et introduit par Sun Microsystems à la fin des années 1980 n'a pas connu de succès...) & Views
- Behind the paper
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