L’évolution des dispositifs électroniques portables offre des fonctionnalités toujours plus sophistiquées au fil du temps. Leur recharge régulière reste toutefois un frein majeur à leur utilisation continue. Les scientifiques explorent actuellement des solutions nouvelles pour pallier aux limitations, notamment par le développement de cellules solaires flexibles et extensibles. Ces technologies pourraient transformer l’alimentation des appareils portables, en proposant une source d’énergie ininterrompue et adaptée aux mouvements corporels.
Une cellule solaire extensible aux performances remarquables
Une cellule solaire extensible a été conçue par des physiciens du RIKEN. Leur innovation maintient sa capacité de conversion de la lumière en électricité, même lorsqu’elle subit un étirement. Les possibilités offertes par cette technologie s’avèrent prometteuses pour l’alimentation des futurs appareils électroniques portables.
Les montres connectées actuelles permettent la surveillance d’un nombre impressionnant de paramètres de santé. Parallèlement, des dispositifs portables plus spécialisés sont élaborés pour des applications médicales spécifiques. Néanmoins, ces appareils nécessitent d’être rechargés périodiquement, ce qui limite leur autonomie et leur praticité au quotidien.
L’élimination de ce besoin de recharge constitue l’objectif principal des chercheurs qui s’attellent au développement de cellules solaires flexibles et portables. Le défi majeur réside dans la capacité de ces cellules à conserver leurs performances lorsqu’elles sont soumises aux étirements induits par les mouvements corporels quotidiens.
Une approche nouvelle pour une extensibilité accrue
«Nous nous concentrons sur la fabrication de dispositifs très minces et flexibles. Mais ces dispositifs n’ont pas d’extensibilité intrinsèque. Ils sont plutôt similaires au film plastique utilisé pour emballer les aliments – on peut peut-être les étirer de 1% ou 2%, mais 10% est impossible car ils se déchirent facilement», a expliqué Kenjiro Fukuda, chercheur au Centre RIKEN pour la science de la matière émergente.
L’équipe de Fukuda s’efforce de surmonter cette problématique en développant des cellules solaires intrinsèquement extensibles. Leur méthode repose sur l’utilisation de matériaux extensibles pour chaque couche fonctionnelle du dispositif. Bien que le concept paraisse simple, sa mise en œuvre s’avère complexe, car un équilibre doit être trouvé entre l’extensibilité de chaque couche et ses performances.
Des résultats qui promettent
Les chercheurs ont réussi à créer une cellule solaire flexible haute performance présentant une extensibilité exceptionnelle. Son rendement de conversion énergétique ne diminue que de 20% lorsque la cellule solaire est étirée de 50% (c’est-à-dire étirée à 1,5 fois sa longueur initiale, non étirée). De plus, elle conserve 95% de son rendement initial après avoir été étirée 100 fois de 10%.
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La clé de cette extensibilité réside dans l’incorporation d’un composé organique appelé ION E dans la couche d’électrode de la cellule solaire. L’ajout de ION E visait à améliorer l’extensibilité de l’électrode, mais les chercheurs ont découvert un avantage inattendu : il améliorait également l’adhésion entre l’électrode et les couches supérieure et inférieure.
L’objectif à long terme est de créer une cellule solaire organique extensible de grande surface. «Un obstacle à la réalisation de cet objectif est la faible conductivité du polymère utilisé pour transporter l’électricité générée. Nous cherchons actuellement des moyens de surmonter ce goulot d’étranglement», a conclu Kenjiro Fukuda.
Cette avancée dans le domaine des cellules solaires extensibles pourrait avoir un impact significatif sur le développement des technologies portables, en offrant une solution d’alimentation durable et adaptée aux mouvements du corps humain.
Légende illustration : Photographie montrant la cellule solaire flexible étirée par deux pinces. © 2024 J. Wang et al.
Wang, J., Ochiai, Y., Wu, N., Adachi, K., Inoue, D., Hashizume, D., Kong, D., Matsuhisa, N., Yokota, T., Wu, Q. et al. Intrinsically stretchable organic photovoltaics by redistributing strain to PEDOT:PSS with enhanced stretchability and interfacial adhesion. Nature Communications 15, 4902 (2024). doi: 10.1038/s41467-024-49352-4
