Après six mois de recherche conjointe, le spécialiste japonais de la chimie Toyobo Co. et le CEA ont réussi à fabriquer de petites cellules photovoltaïques organiques (PVO) sur un substrat en verre qui ont obtenu le meilleur rendement (1) de conversion au monde dans une pièce sombre. Toyobo souhaite faire de ce
matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) la source d'
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) sans fil pour l'
Internet des Objets (L'Internet des objets représente l'extension d'Internet à des choses et à des lieux...), à l'image des
capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) de température-humidité et de mouvement.
Module OPV sur substrat de film PET
Toyobo a développé un matériau générateur d'énergie spécifique à la PVO afin de produire une
puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) élevée à partir de sources lumineuses de pièces à faible
luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...), en utilisant des technologies de synthèse
organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) que l'entreprise a cultivées au cours de ses années de
recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) sur la
chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) fine (2). Le matériau peut se dissoudre facilement, même dans des solvants sans
halogène (Les halogènes sont une série chimique constituée des éléments chimiques du...), ce qui lui permet d'être appliqué uniformément sur un substrat et de produire de l'énergie de manière stable avec peu de différences individuelles.
Matériel de production d'électricité pour PVO
Pour mettre le matériau en pratique le plus rapidement possible, Toyobo a mené des recherches conjointes avec le
CEA-Liten pendant six mois à l'INES depuis juin 2019. Au cours de cette collaboration, Toyobo et le CEA ont réussi à fabriquer de petites cellules PVO sur un substrat en verre avec le meilleur rendement de conversion au monde en optimisant les solvants et la technique de revêtement. Lors d'une expérience de vérification sous un éclairage au néon de 220 lux, équivalent à la luminosité d'une chambre noire, il a été confirmé que le produit testé avait atteint un rendement de conversion d'environ 25 %, soit 60 % de plus (3) que celui des cellules solaires en
silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) amorphe couramment utilisées pour les calculatrices de bureau. Bien qu'il soit plus complexe d'appliquer un matériau générateur d'énergie sur un film PET que sur un substrat en verre, les équipes ont également développé des prototypes de modules PVO sur un substrat de film PET d'une
surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) effective de 18 centimètres carrés. Le module a été capable de produire environ 130 microwatts sous le même éclairage.
Toyobo prévoit de proposer ce matériau notamment aux fabricants de cellules solaires, sur la base du savoir-faire acquis de cette recherche conjointe. L'objectif est que ce matériau soit utilisé d'ici mars 2023 essentiellement comme source d'énergie sans fil pour les capteurs de température-humidité et de mouvement.
Cellule PVO
La cellule PVO est une cellule solaire, qui est créée en recouvrant d'électrodes des
matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) organiques générateurs d'énergie, notamment des
atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) de
carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) et de
soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...), sur un substrat en verre ou en plastique. Puisque la cellule PVO est très fine et flexible, elle se fixe facilement aux murs ou aux surfaces de tissu où les cellules solaires inorganiques courantes ne peuvent être installées. On attend donc beaucoup de la PVO comme source d'énergie sans fil pour les capteurs et les appareils portables, qui sont indispensables à l'
internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services...) des objets (IoT).
Notes:
(1) Selon les recherches de Toyobo en date du 23 mars 2020
(2) D'après le communiqué de presse de Toyobo du 31 juillet 2019
(3) En comparaison avec un rendement de conversion de 16 % pour les cellules solaires générales en silicium amorphe, mesuré par Toyobo sous une luminosité de 220 luxes.