ENERGIES RENOUVELABLES
sol(ID)aires
ACTUALITE INTERNATIONALE DES "CELLULES GRAETZEL"
2011
ENERGIES RENOUVELABLES
| Bien que les cellules
solaires réalisées à base de silicium atteignent des
rendements de l'ordre de 15%, leur coût de fabrication important
et leur poids élevé sont des obstacles à leur utilisation
massive par les particuliers ou les industriels. Le photovoltaïque
organique peut constituer une alternative intéressante pour réduire
considérablement le coût et le poids des cellules, mais les
rendements actuels des cellules tout organique sont encore trop faibles
(moins de 5%) pour que cette filière puisse être considérée
comme viable (pour un rapport détaillé, voir "Recherche
et Industrie Photovoltaïque aux Etats-Unis", Dossier Sciences
Physiques Etats-Unis, juin 2006, au téléchargement sur: http://www.bulletins-electroniques.com/).
Une des difficultés importantes qui limite le rendement réside dans la faible longueur de diffusion des excitons dans le polymère (de l'ordre de 20 nm), avec pour conséquence qu'une partie importante des photons n'est pas absorbée. Pour tenter de surmonter ce problème, certaines équipes tentent de réaliser des réseaux interpénétrés de polymères donneur et accepteur qui augmentent ainsi l'efficacité de dissociation des excitons en volume. Une autre voie intéressante est proposée par une équipe de chercheurs de Wake Forest University, qui consiste à remplacer la structure planaire utilisée habituellement par une structure coaxiale réalisée à partir d'une fibre optique multimode. |
Une fine couche conductrice d'ITO (Indium Tin
Oxide) transparente est tout d'abord déposée par un procédé
sol-gel sur le coeur de la fibre dont on a préalablement supprimé
l'enveloppe. Un premier film polymère est déposé sur
l'ITO par trempage dans une solution du précurseur, et après
séchage, un deuxième film polymère du deuxième
composant est réalisé par la même méthode de
trempage. Les deux films polymères donneur et accepteur ont une
épaisseur totale d'environ 300 nm.
L'ensemble est ensuite recouvert par évaporation thermique d'une couche conductrice (Al/LiF) très mince (environ 300 nm) qui joue le rôle de deuxième électrode. On obtient ainsi une structure coaxiale, dans laquelle la jonction p/n est radiale. Sous illumination dans l'axe de la fibre, les photons se propagent le long du coeur de la fibre et au cours des multiples réflexions, pénètrent dans la partie organique électroactive où ils génèrent les paires électron-trou. Les photons non absorbés traversent le polymère et sont réfléchis sur la couche conductrice extérieure et dirigés à nouveau sur l'hétérojonction polymère, où ils peuvent encore être absorbés. On augmente ainsi sensiblement le taux de génération des excitons, ainsi que la surface d'interaction. Pour l'instant, avec cette technique, les chercheurs ont obtenu un rendement de conversion de l'ordre de 6%, mais ils espèrent atteindre un rendement maximal de 14%. |
| Japon,
Les
cellules solaires sans silicium
arrivent sur le marché japonais le mois prochain:
Showa Shell Sekiyu KK va commercialiser à partir de mai des cellules pour panneaux solaires à base de CIS. Le CIS (de l'anglais Copper Indium di-Selenide) est un semi-conducteur capable de se substituer au silicium des cellules photovoltaïques habituelles tout en étant beaucoup plus simple à fabriquer. Leur rendement de 10% est légèrement inférieur à celui des cellules en silicium poly-cristallin et le prix de vente des panneaux solaires avoisinera celui des panneaux poly-cristallins. L'usine de production de Miyazaki, sur l'ile de Kyushu, est chargée de produire l'équivalent en énergie solaire CIS de 20 MWatt par an. L'énergie nécessaire à leur fabrication est inférieure à celle des cellules poly-cristallines... Japon, Des cellules solaires imprimées sur film plastique à tapisser comme du papier peint: Dai Nippon Printing Co., Ltd. a développé une cellule solaire organique de type Graetzel avec une efficacité de conversion de 7,1%, réalisée sur film plastique par impression. Selon la société nippone, le coût de fabrication du produit est "faible" et le rendement élevé est obtenu grâce à l'utilisation d'un gel comme conducteur électrique. Celui-ci remplace un électrolyte liquide dont l'évaporation trop rapide posait problème. Un produit en partie "bio" Conçu à partir de matières organiques, le produit est en partie bio. Dai Nippon Printing travaille actuellement sur la fabrication d'une unité de production d'énergie photovoltaïque entièrement constituée de matières organiques. Ainsi, une énergie renouvelable serait produite avec un matériel 100% bio. |
Ce papier peint est
destiné à produire de l'énergie solaire depuis l'intérieur
du logement. Il ne peut donc fonctionner que dans des maisons et des appartements
dont l'architecture est optimisée pour récupérer l'énergie
solaire
Les cellules solaires réalisées sur films souples ont généralement une faible efficacité car ce support ne permet pas de traitements à haute température, ce qui limite les possibilités d'élaboration. Une étape sous vide est de plus requise pour former l'électrolyte, ce qui limite la productivité. Dai Nippon Printing Co., Ltd. a développé une technique dans laquelle la couche active est déposée sur un substrat métallique (ce qui permet de s'affranchir des contraintes de la haute température) puis transférée sur le film plastique. L'étape sous vide a par ailleurs été supprimée en utilisant un électrolyte sous forme de gel, déposé par un procédé d'impression propre à l'entreprise. La couche active utilise du dioxyde de titane TiO2. Le prototype mesure 30x30 cm2 pour 250 microns d'épaisseur et a une efficacité de 7,1%. Des tests ont montré qu'il fonctionnait correctement pendant au moins 1.000 heures à 65°C. Le constructeur indique qu'il pense pouvoir améliorer le rendement jusqu'à 10%. Ces innovations permettent à l'entreprise de fabriquer à bas coût ces cellules solaires. De plus, la technologie d'impression permet d'ajouter de la couleur et des motifs, pour par exemple réaliser des papiers peints d'intérieur générateurs photovoltaïques. Les échantillons devraient être disponibles en 2008. L'entreprise a fixé ses prévisions de vente pour 2010 à 700 millions de yens (4,7 millions €). Sources: - Nikkei Net Interactive, 30/03/2007 - Site de l'entreprise Dai Nippon Printing Co., Ltd. |
| Des scientifiques
de l'Université de Séville ont mis au point une nouvelle
technologie connue sous le nom de DSSC (Dye Sensitized Solar Cells) qui
améliore l'efficacité du processus de captage de l'énergie
solaire tout en réduisant les coûts de production.
Le responsable du groupe de recherche de l'Université de Séville, Javier Fernandez Sanz, explique que les cellules photovoltaïques basées sur la technologie du silicium possèdent un rendement de 16% mais qu'elles restent coûteuses, ce qui limite la production en grande série. Les scientifiques ont donc développé une technologie alternative qui consiste à utiliser des cellules solaires basées sur le dioxide de titane puis sensibilisées par l'application d'un colorant. Le principe des DSSC repose sur l'ajout de couches de polymères et de composants inorganiques qui agissent comme photosensibilisateurs. Ils sont utilisés pour couvrir la superficie d'un semi-conducteur, ce qui créé le déplacement d'électrons. |
Bien que les cellules équipées
de la technologie DSSC aient un rendement plus faible que les cellules
au silicium, elles sont aussi dix fois moins chères et il serait
possible d'approcher les 10% de rendement. L'installation de grands centres
de production d'énergie solaire basés sur cette technologie
deviendrait ainsi très économique.
Comme l'explique le chercheur, le fonctionnement des cellules DSSC consiste à injecter des électrons dans un état excité du colorant vers la bande de conduction du semi-conducteur. Il est donc fondamental que le processus soit compressé pour optimiser le fonctionnement de la cellule. Pour cela, les objectifs du projet consistent à réaliser une eétude systématique du processus, qui permet d'analyser, de rationaliser et d'optimiser le processus d'excitation photonique du pigment et son transfert électronique vers la superficie. Pour en savoir plus, contacts: Javier Fernandez Sanz, Universidad de Sevilla - Tel : +34 954 557 177 - email : sanz@us.es Source: Andalucia Investiga, 12/06/2006 |
| Des chercheurs
de l'institut de recherche en électronique et télécommunications
(ETRI) ont mis au point une nouvelle cellule solaire à colorant
(dye-sensitized solar cell) souple.
Selon le chercheur Ryu Kwang-sam, de telles photopiles seront intégrées, dans le futur, aux habits, pour alimenter des ordinateurs portables ou des téléphones. Le modèle conçu à l'ETRI présente un taux de conversion de l'énergie de 4,8%. Ce résultat mettrait cette cellule à une rentabilité de deux fois celle des systèmes silicium pour la même quantité d'énergie produite. L'ETRI a utilisé une feuille de polymère pour la face avant de la cellule et une feuille d'inox pour la face arrière pour favoriser à la fois souplesse et efficience énergétique. |
Ce type de cellules est une alternative aux cellules
actuelles basées sur le silicium, et utilise un colorant organique
pour absorber l'énergie solaire. Le principal avantage est la rentabilité,
car la cellule coûte 80% de moins à produire que les cellules
actuelles basées sur le silicium. Réalisée le plus
souvent en verre, cette cellule ne peut pas être pliée, ce
qui limite ses applications. Selon M. Ryu, les cellules réalisées
en en polymère et inox ont jusqu'à ce jour des rendements
faibles, de l'ordre de 2%.
L'ETRI a déjà déposé des demandes de brevets dans 6 pays et débutera les discussions avec les sociétés locales pour la production et la commercialisation à la fin de l'année 2005. Source: The Korea Times; Kim Tae-gyu |
| Solaris
Nanosciences has demonstrated a completely rechargeable dye sensitized
solar cell (DSSC or Graetzel Cell) creating the lowest manufacturing
cost, long-life photovoltaic system in the world. DSSCs which are based
on low cost materials and simple construction, have to date suffered from
limited operating lifetimes due to the degradation of the sensitizer dyes.
Solaris' nontoxic chemical process allows the degraded dye in already installed DSSCs to be removed and replaced with new dye, restoring the performance of the original solar cell. "This low cost process, which can be performed by the existing base of heating and air conditioning businesses, requires less than thirty minutes and takes the operating life of these photovoltaics (PV) beyond that of silicon to over 30 years," said Nabil M. Lawandy, CEO of Solaris Nanosciences. Lawandy also stated, "Not only can we replace the original dye, but we have shown that newer, more efficient dyes, resulting from ongoing efforts worldwide, can be used in recharging. This effectively allows for efficiency upgrades over the life of the installed system." The recharging process and its performance were independently confirmed at the Swiss Federal Institute of Technology Lausanne where DSSCs were invented by Professor Michael Graetzel. |
"Our evaluation has shown without any doubt
that the cell performance after three coloration cycles remained intact
and could even be pushed beyond the initial cell output..." said Professor
Graetzel, whose group performed the study. Professor Graetzel also said
"The procedure developed by Solaris Nanosciences is the first to accomplish
a rapid and complete replenishment of the sensitizer and electrolyte. This
has important implications for the long-life applications of the dye sensitized
solar cells. This solution provides an elegant way to maintain for a very
long time the conductive glass shell structure of the cell serving as current
collector. This is the part of the DSSC that is most expensive and has
the largest energy content. Thus, the new Solaris Nanosciences process
saves costs and energy, avoiding the waste of materials and the recycling
problem that other competing PV technologies must face."
"Professor Graetzel's confirmation of our process is an important validation, both for the Company and the entire PV community. Solaris has effectively created the solar cell analogue of the rechargeable lithium-ion battery developed by Sony, forever transforming that industry," said Lawandy. Solaris plans to develop a large scale prototype of its rechargeable solar cell for testing at the National Renewable Energy Laboratory (NREL) and with corporate partners to explore the distribution of this new PV technology through the building and construction industry. |
| Afin de contourner les problèmes
dus à l'épuisement des carburants fossiles, Benoît
Marsan, professeur au Département de chimie de l'UQAM et spécialiste
en électrochimie, travaille depuis 18 ans sur l'amélioration
des piles solaires électrochimiques.
Ses avancées en la matière lui ont déjà permis de déposer deux brevets. Le premier lui permet de protéger une nouvelle méthode de préparation de la cathode, fabriquée à partir d'une mince couche de sulfure de cobalt quasi transparente, ainsi que son application en pile solaire. Très facile à fabriquer et peu coûteuse, la cathode serait plus catalytique que celles couramment utilisées dans les piles solaires électrochimiques faites à partir de platine. Cette cathode, qui peut être employée dans des piles issues de technologies différentes, est d'ailleurs actuellement testée par une firme japonaise dans des piles solaires à base de dioxyde de titane nanocristallin sensibilisé par un colorant (pile de type Grätzel). Le second brevet concerne la découverte de nouvelles familles de couples redox présentant des caractéristiques exceptionnelles et pouvant être employés dans plusieurs applications de haute technologie dont les piles solaires. |
Ils sont transparents, non corrosifs, très
conducteurs et possèdent généralement une plus grande
réversibilité électrochimique. De plus, leur potentiel
d'oxydo-réduction peut être modulé en fonction de la
nature des molécules utilisées, menant ainsi à des
photovoltages plus importants.
Un troisième brevet est en cours et s'attachera à protéger l'anode semi-conductrice. Le defi ultime consistera à intégrer tous ces composants dans une seule et même pile. Son laboratoire envisage ensuite d'intégrer cette pile à un vehicule pour maintenir la charge de la batterie, voire en recouvrir un véhicule entier. "On ne pourrait pas générer assez de puissance pour propulser le véhicule, précise Benoit Marsan, mais on pourrait certainement réduire la consommation d'essence de facon substantielle." Contacts: Dr. Benoit Marsan, Chair of the Search Committee - Departement de chimie et de biochimie - Université du Quebec à Montréal, C.P. 8888, Succ. Centre-ville, Montreal (Québec), Canada H3C 3P8 marsan.benoit@uqam.ca |
