Record mondial de rendement pour de petites cellules photovoltaïques organiques

Publié par Redbran le 25/03/2020 à 14:00
Source: CEA LITEN
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 (Le mot monde peut désigner :) dans une pièce sombre. Toyobo souhaite faire de ce matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise en...) la source d'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.) sans fil pour l'Internet des Objets (L'Internet des objets représente l'extension d'Internet à des choses et à des lieux dans le monde réel. Alors qu'Internet ne se prolonge habituellement pas...), à l'image des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la...) 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 la lumière.), 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 classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) 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 de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) sur la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) 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 groupe 17 du tableau périodique aussi appelé groupe VII ou VIIA : le...), 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 (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) 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 (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) 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 (Le néon est un élément chimique, de symbole Ne et de numéro atomique 10.) 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 et de numéro atomique 14.) 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 plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) 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 faire des objets.) organiques générateurs d'énergie, notamment des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) et de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.), 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 variés comme le courrier électronique, la messagerie...) des objets (IoT).

Notes:
(1) Selon les recherches de Toyobo en date du 23 mars 2020
(2) D'après le communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un événement.) 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.
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