Une technologie solaire transparente optimise les façades énergétiques des bâtiments

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Li Gang, titulaire de la chaire de technologie de conversion d’énergie et professeur Sir Sze-yuen Chung en énergie renouvelable du département de génie électrique et électronique de PolyU, a développé un paramètre innovant, FoMLUE, pour évaluer le potentiel des matériaux photoactifs pour les photovoltaïques organiques semi-transparents (ST-OPV), ouvrant la voie à leurs applications commerciales étendues.

Les ST-OPV basés sur les matériaux ternaires avec les valeurs FoMLUE les plus élevées ont démontré une isolation thermique et une stabilité opérationnelle améliorées par rapport à leurs homologues et ont atteint un rendement record d’utilisation de la lumière de 6,05%.

Les cellules solaires transparentes peuvent être intégrées aux fenêtres, écrans et autres surfaces, avec un immense potentiel pour révolutionner le secteur des énergies renouvelables. Cependant, des défis restent à relever, dont celui d’équilibrer la transparence avec le rendement de conversion énergétique. Les photovoltaïques organiques semi-transparents (ST-OPV) qui offrent les doubles avantages d’une production d’énergie efficace et d’un design esthétique attirent donc un intérêt de recherche significatif.

Des chercheurs de l’Université polytechnique de Hong Kong (PolyU) ont récemment développé un paramètre innovant pour évaluer le potentiel des matériaux photoactifs pour les ST-OPV. En sélectionnant les matériaux et leurs combinaisons les plus prometteurs, la recherche a fait progresser le développement de ST-OPV haute performance et ouvert la voie à leurs applications étendues dans les fenêtres intelligentes et les bâtiments durables.

Avec leur absorption discrète unique, leur production à faible coût et leur durabilité environnementale, les ST-OPV ont un potentiel de développement très significatif dans le domaine du photovoltaïque intégré aux bâtiments (BIPV). Pour réaliser pleinement leur potentiel sur le marché du BIPV et au-delà, les scientifiques ont combiné différents matériaux et tiré parti des technologies avancées d’ingénierie des dispositifs pour améliorer l’efficacité et la stabilité des ST-OPV, tout en veillant à ce que la couleur du produit apparaisse naturelle sous la lumière du soleil afin que le système photovoltaïque ne compromette pas l’attrait visuel du bâtiment.

Le professeur LI Gang, titulaire de la chaire de technologie de conversion d’énergie et professeur Sir Sze-yuen Chung en énergie renouvelable du département de génie électrique et électronique de PolyU, avec le chercheur Dr YU Jiangsheng, a introduit un paramètre sans dimension, FoM LUE , pour sélectionner une série de matériaux photoactifs classiques. Il prend en compte la transmittance visuelle moyenne, la largeur de bande interdite et la densité de courant des matériaux en étudiant leur absorbance normalisée. Les chercheurs ont constaté que les ST-OPV basés sur les matériaux ternaires avec les valeurs FoM LUE les plus élevées démontraient une isolation thermique et une stabilité opérationnelle améliorées par rapport à leurs homologues, et atteignaient un rendement record d’utilisation de la lumière de 6,05% – le chiffre de mérite le plus élevé rapporté pour toute cellule solaire semi-transparente.

Leur recherche a en outre révélé l’influence des facteurs géographiques sur la performance des ST-OPV. Pour explorer la performance de génération d’énergie et d’économie d’énergie des fenêtres vitrées ST-OPV, l’équipe de recherche a développé un modèle transitoire pour simuler la production d’énergie et évaluer son impact sur les charges de chauffage et de refroidissement des espaces bâtis. Le modèle, appliqué dans 371 villes à travers la Chine, a montré que plus de 90% ont réalisé des réductions de charge annuelles. L’analyse géographique a en outre indiqué que les régions aux étés chauds et aux hivers doux sont les plus adaptées à l’installation de fenêtres vitrées ST-OPV,avec une économie d’énergie annuelle totale dans ces régions atteignant jusqu’à 1,43 GJ m⁻².

Le professeur LI a conclu : « En tant que technologie photovoltaïque solaire émergente, les fenêtres solaires offrent de nouvelles possibilités de déploiement pratique dans le BIPV, les véhicules à énergie renouvelable et les serres agricoles. Nos résultats soulignent la multifonctionnalité et l’adaptabilité géographique des ST-OPV haute performance dans la construction de fenêtres intelligentes durables et économes en énergie sans compromettre l’intégrité de la conception architecturale, démontrant leurs perspectives commerciales très prometteuses. »

À l’avenir, l’équipe de recherche continuera d’améliorer la stabilité à long terme des ST-OPV et de développer des modules solaires de grande surface, deux éléments essentiels pour atteindre la commercialisation.

Aticle : « Photovoltaïques organiques semi-transparents avec une large adaptabilité géographique comme fenêtres intelligentes durables », publié dans Nature Communications. DOI : s41467-025-62546-8

Source : PolyU – HongKong