ENERGIES RENOUVELABLES sol(ID)aires
LE FUTUR DU SOLAIRE PV
Nouveautés internationales
2006
ENERGIES RENOUVELABLES sol(ID)aires
| A plot of the wavelength of emitted
infrared light vs. the time delay of the light emission provides information
about the path of an electron within a plastic solar cell. This information
about how the cell makes an electric current from light will lead to improvements
in the efficiency and usable lifetime of solar cells.
A new analytical technique that uses infrared spectroscopy to study light-sensitive organic materials could lead to the development of cheaper, more efficient solar cells. Using infrared (IR) spectroscopy to study the vibrations of atoms within the material, the technique provides information about the movement of electrons within a film of carbon-based materials. Obtaining this information is a critical step in the development of a new class of solar cells, which promise significant savings in production costs compared to conventional silicon-based cells. The new analytical technique, published as the cover story in this week's issue of the Journal of Physical Chemistry B, was developed by a team led by Penn State University researcher John B. Asbury, assistant professor of chemistry. Organic photovoltaic devices (OPV) have become important because they are much less expensive to produce than silicon-based solar cells. The material consists of a film made of two different types of chemicals: a polymer that releases an electron when it is struck by a photon of light and a large molecule that accepts the freed electrons, which is based on the soccer-ball-shaped "buckminsterfullerene" carbon molecules popularly known as "buckyballs." Because the electrical interactions needed to produce an electric current occur at the interfaces of the two components of this polymer blend, materials scientists need to understand the arrangement of molecules in the film. Asbury's new analytical technique provides a closer look at this arrangement than the techniques that traditionally have been used. Previous studies, using atomic-force microscopy, supply general information about the packing of the molecules, but they provide very limited information about the interfaces where the molecules actually come together. IR spectroscopy, on the other hand, provides a more detailed picture of the interface by tracing the exchange of electrons between two molecules of the film. |
"The problems with OPVs today are that they are
not efficient enough and they tend to stop working over time," says
Asbury. In order to develop a useful electric current, the flow between
the two components must be optimized. "To improve performance, we need
to understand what happens at the molecular level when light is converted
to electrons," Asbury explains.
When the film is exposed to light, each photon excites an electron in the polymer. If an interface between the polymer molecule and the functionalized buckminsterfullerene exists, a current can be produced. However, in the materials developed to date, many of the electrons appear to become sidetracked. Asbury exposes the film to light using ultrashort laser pulses, which causes photons of light to be converted to electrons across the entire surface at the same time. Two-dimensional IR spectroscopy is used to monitor the vibration of the molecules within the film. "The vibrations of the molecules are strongly affected by the presence or absence of electrons," says Asbury. "We use these vibrations as a probe to track the movement of electrons. By varying the structures of the materials, we expect to identify the side paths that reduce efficiency and ultimately to use that information to guide material design." The ultimate goal is a solar cell that is sufficiently inexpensive and efficient that it can be used on a rooftop to provide the electrical energy needed in a building. In addition to Asbury, the Penn State research team includes graduate students Larry W. Barbour and Maureen Hegadorn. The work was funded by the Camille and Henry Dreyfus Foundation, the Petroleum Research Fund, and Penn State. CONTACTS: John B. Asbury: jba11@psu.edu, (+1) 863-6309 Barbara K. Kennedy (Penn State PIO): science@psu.edu, (+1) 814-863-4682 |
| Une équipe du Dr. Torste Oekermann
de l'Université Leibniz de Hanovre est en train de développer
un nouveau type de cellules photovoltaïques dites "cellules solaire
à base de colorant" dans le cadre d'un projet financé par
l'agence allemande de moyens pour la recherche (DFG).
Pour fabriquer des cellules solaires à colorant, les oxydes semi-conducteurs sont déposés sur un substrat conducteur. Un colorant est ensuite appliqué sur cette couche d'oxyde. Les électrons des molécules de colorant sont excités par la lumière du soleil et diffusent, à travers l'oxyde semi-conducteur, jusqu'à la zone de contact conductrice. Ils se déplacent ensuite jusqu'à la contre-électrode avant d'être réacheminés vers la couche de colorant à travers un électrolyte. C'est ainsi que ce produit le courant photovoltaïque. Ces cellules, qui sont plus performantes et de moindre coût, devraient être commercialisées d'ici peu. Parallèlement, l'équipe de scientifiques souhaite intégrer ces cellules dans des tissus ou vêtements pour permettre d'alimenter des appareils électroniques portables ou des batteries. Ces cellules pourraient être fabriquées en divers coloris, assurant ainsi leur popularité. |
Le professeur Jurgen Caro, directeur de l'institut,
explique que "les cellules traditionnelles en silicium fonctionnent
bien mais leur fabrication reste très coûteuse car elle implique
des procédés hautes températures consommant beaucoup
d'énergie".
Les nouveaux prototypes, en dioxyde de titane, sont déjà en vente. Leur fabrication requiert toujours des températures élevées, de l'ordre de 450°Cs, mais les scientifiques de Hanovre cherchent à améliorer les procédés pour une fabrication idéalement à température ambiante. L'étape déterminante dans la fabrication de cellules solaires souples à base de colorant est l'élaboration de films d'oxyde semi-conducteur à des températures suffisamment faibles pour ne pas endommager le substrat plastique conducteur. Dans ce domaine, l'université Leibniz de Hanovre est capable de développer les films d'oxyde de zinc poreux les plus performants au monde. Pour en savoir plus, contacts: Dr. Torsten Oekermann - Institut fur Physikalische Chemie und Elektrochemie - tel : +49 511 762 4270 - torsten.oekermann@pci.uni-hannover.de Sources: Depeche idw, communiqué de l'Université Leibniz de Hanovre - 8 décembre |
| Le professeur de physique Eike Weber
est depuis le 1er juillet 2006 le nouveau chef de l'institut Fraunhofer
des systèmes d'énergie solaire (ISE) a Fribourg apres avoir
été pendant 23 ans professeur à Berlekey en Californie.
Dans les prochaines années, le professeur Eicke Weber, s'attend
à un décuplement du marché des cellules photovoltaïque
et un accroissement du chiffre d'affaires de 10 à 100 milliards
de dollars.
Jusqu'à présent, on utilisait du silicium de très grande pureté pour la production des cellules photovoltaïques mais le professeur Weber, expert en "silicium sale" considère que le marché en pleine explosion du photovoltaïque ne nécessite pas un matériau si pur. |
Les frais de fabrication du silicium sale
sont largement plus réduits. En outre, sa production permettrait
de répondre aux préoccupations d'approvisionnement car elle
ne consomme qu'un dixième de l'énergie nécessaire
actuellement.
Au cours des quatre années passées, le nombre d'employés de l'ISE a augmenté d'un tiers et cette tendance pourrait se poursuivre sous la nouvelle direction car la production d'énergie solaire est une des branches clés des technologies d'avenir. L'ISE détient d'ailleurs le record du monde d'efficacité avec un rendement de 20,3% pour des cellules solaires en silicium multicristallin. Source: Suddeutsche Zeitung - 02/07 |
| Des chercheurs de l'université
de Cadiz et Pablo de Olavide (Seville) travaillent à l'amélioration
du rendement des cellules solaires photoélectrochimiques, une alternative
aux cellules de silicium utilisées habituellement. Elles permettraient
une baisse significative du coût des installations.
Le semi-conducteur utilisé dans la majorité des cellules photovoltaïques commercialisées est le silicium. Malgré un excellent rendement, c'est un matériau dont le coût de production reste élevé. Les cellules solaires photoélectrochimiques (aussi appelées DSSC - dye sensitised solar cells) représentent une alternative à cette technologie. Elles se caractérisent par l'utilisation du dioxyde de titane, moins coüteux et utilisé depuis longtemps en photographie. |
Ces plaques sont formées par deux couches
de verre transparentes et conductrices entre lesquelles on dépose
une couche semi-conductrice de dioxyde de titane associée à
un colorant absorbant et une dissolution électrolytique d'iode et
d'iodure de potassium.
Selon les sources de Andalucia Investiga, le défaut principal des cellules à base de dioxyde de titane est qu'elles ne peuvent absorber que les radiations ultraviolettes, qui ne représentent qu'une minorité des radiations solaires. C'est pour résoudre ce défaut que l'on associe au semi-conducteur un colorant. Le rendement de la cellule est ainsi bien meilleur. Pour en savoir plus, contacts: - Joaquin Martin Calleja - Departamento de Quimica Fisica, Universidad de Cadiz - tel : +34 956016332 - email : Joaquin.martin@uca.es - Juan Antonio Anta - Area de Quimica Fisica , Universidad Pablo de Olavide - tel : +34 954 34 93 14 - email : jaantmon@upo.es Source: Andalucia investiga - 02/03/2006 |
| The main limitation of solar power right
now is cost, because the crystalline silicon used to make most solar photovoltaic
(PV) cells is very expensive. One approach to overcoming this cost factor
is to concentrate light from the sun using mirrors or lenses, thereby reducing
the total area of silicon needed to produce a given amount of electricity.
But traditional light concentrators are bulky and unattractive -- less
than ideal for use on suburban rooftops.
Now Prism Solar Technologies of Stone Ridge, NY, has developed a proof-of-concept solar module that uses holograms to concentrate light, possibly cutting the cost of solar modules by as much as 75%, making them competitive with electricity generated from fossil fuels. The new technology replaces unsightly concentrators with sleek flat panels laminated with holograms. The panels, says Rick Lewandowski, the company's president and CEO, are a "more elegant solution" to traditional concentrators, and can be installed on rooftops -- or even incorporated into windows and glass doors. The system needs 25 to 85% less silicon than a crystalline silicon panel of comparable wattage, Lewandowski says, because the photovoltaic material need not cover the entire surface of a solar panel. Instead, the PV material is arranged in several rows. A layer of holograms -- laser-created patterns that diffract light -- directs light into a layer of glass where it continues to reflect off the inside surface of the glass until it finds its way to one of the strips of PV silicon. Reducing the PV material needed could bring down costs from about $4/watt to $1.50 for crystalline silicon panels, he says. The company is expecting to pull in another $6 million from interested venture capitalists and start manufacturing its first-generation modules by the end of the year, selling them at about $2.40/watt. Next-generation modules with more advanced technology should bring down the cost further. In their ability to concentrate light, holograms are not as powerful as conventional concentrators. They can multiply the amount of light falling on the cells only by as much as a factor of 10, whereas lens-based systems can increase light by a factor of 100, and some even up to 1,000. But traditional concentrators are complicated. Since the lenses or mirrors that focus light need to face the sun directly, they have to mechanically track the sun. They also heat up the solar cells, and so require a cooling system. As a result, although they redirect light with more intensity than the hologram device, "they're unwieldy...and not as practical for residential uses," says National Renewable Energy Laboratory spokesperson George Douglas. |
Holograms have advantages that make up for their
relatively weak concentration power. They can select certain frequencies
and focus them on solar cells that work best at those frequencies, converting
the maximum possible light into electricity. They also can be made to direct
heat-generating frequencies away from the cells, so the system does not
need to be cooled. "In this way, you are efficiently using only that
part of the sunlight that really matters," says Selim
Shahriar, director of the atomic and photonic technology laboratory
at Northwestern University in Evanston, IL.
Also, different holograms in a concentrator module can be designed to focus light from different angles -- so they don't need moving parts to track the sun. Prism Solar's system incorporates these advantages. Nevertheless, to be competitive with other solar technologies available today, the company might need to reduce its price below $2.40/watt, says Christo Stojanoff, professor emeritus of engineering at the Aachen University of Technology in Germany. CEO Lewandowski says the holographic modules will cost about $1.50/watt in a few years, using their second-generation technology, which will have solar cells sandwiched between two glass panels containing holograms. At that price, they'll start to compete with fossil fuel-generated electricity, which now costs almost three times less than conventional solar electricity, according to San Francisco, CA-based research and consulting company Solarbuzz. The modules' intensive use of glass could be adding to their cost, says Douglas. Still, such a novel idea for a concentrator, using holograms, could be a lucrative investment because it needs less silicon than flat-panel modules and therefore saves money. The high demand for solar cells in Germany and other European countries "has now outstripped the supply, which has [led to] a silicon shortage and a shortage of manufacturing in the photovoltaic world," he says. Although the idea of holographic solar concentrators has been around since the early 1980s, no one has developed them commercially yet, according to Professor Stojanoff, who has investigated the technique extensively. His company, Holotec GmbH in Aachen, Germany, researches and manufactures holographic materials. Also, Northeast Photosciences, a Hollis, NH-based company, came close to manufacture, before it went defunct for reasons unrelated to the technology or to finance, he says. So, if all goes according to plan, Prism Solar could be the first company to manufacture and sell holographic solar concentrator modules. |
| Les toits à
la myrtille arrivent pour faire face à la dispersion énergétique.
Ce n'est pas une boutade mais un projet sur lequel l'Université
de Tor Vergata de Rome travaille depuis six mois et que l'assesseur à
l'environnement Angelo Bonelli a décidé de soutenir. Il ne
suffit pas de produire de la chaleur grâce aux installations photovoltaïques.
En effet, pour celui qui se veut être complètement écologique,
il est préférable d'utiliser des matériaux organiques
à la place de ceux en silicium monocristallin, qui présentent
des problèmes de recyclage.
La myrtille, par contre, s'étale comme de la confiture, se solidifie et devient alors conducteur de chaleur. "La recherche est à un état avancé - explique Bonelli - il s'agit maintenant de passer de l'expérimentation au brevet". En Italie, la première expérience est en train d'être lancée sur l'île de Ventotene, mais l'assesseur a prévu dans le plan financier, approuvé ces jours-ci au Conseil Regional, une série d'appels d'offres pour les "toits intelligents". Ainsi, pourront être financés des projets de "couverture verte", c'est-à-dire des jardins pensés sur le modèle de l'Europe du nord afin de contribuer à l'épuration de l'air, => |
ou bien, justement, des installations photovoltaïques
composés de cellules à la myrtille ou d'autres matériaux
organiques. Le budget affecté est de 15 millions € par an pour
trois ans.
D'autres projets permettant de promouvoir les énergies renouvelables seront financés grâce à ce budget. En premier lieu, un pôle technologique pour la production d'hydrogène à Civitavecchia. "Le choix ne s'est pas fait au hasard - remarque Bonellli - nous inaugurerons un lieu d'excellence pour l'hydrogène à l'endroit même où l'on voudrait installer une centrale au charbon, projet que nous tenterons d'empêcher par tous les moyens". Dans une première phase, la production d'hydrogène assurée par le pôle technologique pourra desservir 50.000 personnes. Ensuite, une seconde phase permettra l'aménagement d'espaces urbains alimentés uniquement par de l'énergie renouvelable. Enfin, un accord avec la ville de Rome et sa province permettra d'utiliser des lampes à basse consommation dans les feux urbains. Ces choix seront encouragés par des aides financières publiques. Source: La Repubblica - 25/01/2006 |
| Un moteur prodigieux: il fonctionne
à l'énergie solaire, il est très rapide et propre,
il n'émet donc pas de gaz d'échappement. "Sunny" est
un véhicule d'un autre monde, celui de l'invisible, du nanomètre,
ouù les lois sont celles de la physique quantique. Il a quatre temps
comme le moteur à explosion: l'axe le plus long mesure six nanomètres,
impossible à voir, difficile à imaginer. Un nanomàtre,
c'est-à-dire 80.000 fois plus petit que le diamètre d'un
cheveu, ou équivalent à une épaisseur cent mille fois
plus petit que celle d'une feuille de papier.
La vitesse de "Sunny" est ahurissante: un million de fois plus importante que l'unique autre exemple au monde de moteur moléculaire à énergie propre construit par l'Homme. Il a été créé par trois chimistes du groupe de photochimie et chimie supramoléculaire du département "Giacomo Ciamician" de l'Université de Bologne: Vincenzo Balzani, Alberto Credi et Margherita Venturi, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Californie. Un groupe d'ingénieurs de "l'ultra petit", dont les matériaux de construction sont des molécules. En 2004, par exemple, ils ont construit un "ascenseur" moléculaire qui était aussi le nanosystème le plus développé à cette époque. Aujourd'hui, le laboratoire s'est enrichi de cette ultime découverte, capable de transformer directement l'énergie solaire en énergie mécanique. Sunny est composé de deux molécules, l'une en forme d'anneau, qui glisse le long d'un axe formé par la seconde molécule. Quand la lumière (un photon) frappe la première, celle-ci prend une autre forme - elle transmet un électron, ce qui peut être comparé à la combustion - et se déplace le long de l'axe, mouvement qui correspond au déplacement du piston. |
Ensuite un autre photon la frappe, l'électron disparaît
et l'anneau retrouve sa position de départ. Les quatre passages
coïncident aux "quatre temps". Le tout se passe très rapidement:
la distance, inférieure au nanomètre, est effectuée
en moins d'un millième de seconde, soit l'équivalent de 60.000
tours à la minute pour un moteur à combustion.
Mais que faire de ce "nano travail"? "Tout le problème est là - répond le professeur Balzani de l'université de Bologne et un des 50 chimistes les plus cités au monde. Il s'agit d'un résultat issu de la recherche fondamentale. Dans une solution aqueuse, il existe des millions de ces nanomoteurs, qui travaillent à l'unisson, mais de façon incohérente. Si nous réussissons à les aligner sur une superficie (il existe déjà des groupes de chercheurs sachant le faire), nous aurons en théorie des millions de molécules se levant et s'abaissant ensemble et une force pouvant se mesurer. On pourrait aussi exploiter le fait que quand le photon frappe l'anneau, il en change la conductibilité, ce qui permettrait de construire la mémoire d'un calculateur. Ce soi-disant "ordinateur chimique" reste encore à l'etat de projet. "Il est difficile de prévoir des applications, quand les idées sont très récentes - continue le professeur Balzani. L'étude a été publiée sur le dernier numero de PNAS. "C'est le fruit de sept ans de travail et de quarante ans d'expérience - explique Vincenzo Balzani - depuis que je suis diplômé, je me suis toujours occupé de l'interaction entre la lumière et la matière. Le laboratoire a une grande tradition de la photochimie: Ciamician commença à y travailler au début des années... 1900!". Source: Il Sole 24 Ore - 26 janvier |
| Une équipe mixte de chercheurs
des universités de Cadiz et de Pablo de Olavide (Séville),
appartenant au "Réseau Thématique de Dispositifs Organiques
Photovoltaïques, Electro-Optiques et Electroniques", étudie
une technologie photovoltaïque alternative, plus économique
et respectueuse de l'environnement.
L'objectif de ce projet consiste à développer des cellules solaires à base de dioxyde de titane, un matériau couramment utilisé dans l'industrie, peu coûteux, et inoffensif pour l'environnement. Le dioxyde de titane est un photocatalyseur qui capte la lumière et engendre une réaction chimique capable de produire de l'énergie. Pour absorber les rayons lumineux, les cellules sont recouvertes d'un colorant appelé "sensibilisateur". Lorsqu'un rayon lumineux tombe sur ce colorant, il libère un électron. Ce dernier est collecté au bord de la cellule puis dirigé vers un circuit externe où son passage produit de l'électricité. Le point faible de ce système repose sur sa résistance au rayonnement solaire. Soumises à un stress thermique, les interfaces entre les matériaux des cellules se révèlent instables (dissolution du colorant, par exemple). Les chercheurs du Réseau travaillent actuellement sur la stabilité et l'efficacité de ces cellules, en modifiant divers aspects de leur structure. Si jusqu'à present les colorants synthétiques sont les plus efficaces, les scientifiques explorent la possibilité d'utiliser des colorants naturels à base de chlorophylle, d'anthocyanine ou de carotène, pigments présents dans les vegetaux. |
La recherche se divise en deux phases. La première,
théorique, est basée sur des simulations informatiques du
transport électronique au sein du dioxyde de titane. La seconde,
expérimentale, repose sur des essais en laboratoire. Pour ces tests,
les cellules sont placées dans une chambre illuminée par
un éclairage émettant des radiations similaires à
celles du soleil.
Compte tenu de son rapport qualité/prix, la technologie solaire nanocristalline à colorant présente un intérêt considérable pour les entreprises d'énergies renouvelables. Pour en savoir plus, contact: - Juan Antonio Anta, grupo Quimica Fisica de fases condensadas e interfases, Area de Quimica Fisica, Universidad Pablo de Olavide, Ctra.de Utrera, km.1, 41013 Sevilla - tel : +34 954 34 93 14, fax : +34 954 34 91 51 - email : jaantmon@dex.upo.es http://www.upo.es - Joaquin Martin Calleja, Departamento de Quimica Fisica, Universidad de Cadiz - email : joaquin.martin@uca.es http://www.uca.es Source: Portal del medioambiente, 14/12/05
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