La cellule solaire fonctionne à la manière d’une feuille végétale, captant les rayons du soleil avant de les convertir en énergie. Tellement ressemblant, qu’elle peut désormais être partiellement conçue à partir de bois.
Des chercheurs de l’institut technologique de Georgia et de l’Université de Purdue ont en effet mis au point des cellules solaires qui utilisent des substrats naturels dérivés d’arbres. Tout aussi important : en fabriquant ces cellules solaires sur des substrats en nanocristaux de cellulose (CNC), elles ont la possibilité d’être rapidement dégradées dans l’eau, en fin de cycle.
Les chercheurs ont affirmé que leurs cellules solaires organiques avaient atteint une efficacité de conversion de l’ordre de 2,7%, un chiffre sans précédent pour des cellules sur substrats issus de matières premières renouvelables.
Les substrats sur lesquels les cellules solaires sont fabriquées demeurent transparents (voir photo), ce qui permet à la lumière de passer à travers avant d’être absorbée par une couche mince d’un semi-conducteur organique. Pendant le processus de recyclage, les cellules solaires sont simplement immergées dans l’eau à température ambiante. En quelques minutes seulement, le substrat se dissout et la cellule solaire peut être séparée facilement de ses principales composantes.
Pour le professeur Bernard Kippelen qui a dirigé l’étude, ce projet ouvre la porte à une technologie de cellule solaire véritablement "recyclable", "durable" et "renouvelable".
"Le développement et la performance des substrats organiques n’ont de cesse de s’améliorer, fournissant aux ingénieurs une bonne indication des applications futures", a t-il ajouté. "Mais les cellules solaires organiques se doivent d’être recyclables. Autrement, nous résolvons un seul problème, à savoir, moins de dépendance face aux combustibles fossiles, tout en créant un autre, une technologie qui produit de l’énergie à partir d’une source renouvelable, mais qui constitue un déchet à la fin de son cycle de vie."
Actuellement, les cellules solaires organiques sont conçues sur du verre ou du plastique. Aucun des deux n’est facilement recyclable. Par exemple, si des cellules solaires fabriquées sur du verre venaient à se briser lors des phases de fabrication ou d’installation, les matériaux devenus inutiles deviendraient difficiles à éliminer. Les substrats en papier sont bien meilleurs pour l’environnement, mais ils ont montré des performances limitées en raison de la rugosité ou de la porosité élevée de leur surface. Toutefois, les nanomatériaux fabriqués à partir de la cellulose de bois sont "recyclables", "renouvelables" et "durables". Les substrats possèdent une faible rugosité de surface de seulement 2 nanomètres.
"Notre prochaine étape consistera à travailler sur l’amélioration de l’efficacité de conversion électrique à des taux dépassant les 10%, des niveaux similaires aux cellules solaires fabriquées sur des substrats de verre ou à base de pétrole", a précisé Bernard Kippelen. L’équipe ambitionne d’y parvenir en optimisant les propriétés optiques de l’électrode de la cellule solaire. "Nous allons également revêtir ces cellules avec un revêtement protecteur afin de les protéger de l’eau et de l’oxygène lorsqu’elles opérèrent sur le terrain."
