Des colorants moléculaires pour fabriquer des panneaux solaires

De nouvelles molécules ont été synthétisées pour des applications photovoltaïques. Elles permettent la fabrication de cellules solaires efficaces et stables ou de modules de grande surface semi-transparents et colorés pouvant être déployés dans le bâtiment.

Ce travail, réalisé par les chercheurs du CEA, en collaboration avec le CNRS, l’UJF et des partenaires européens, a été publié dans la revue Energy & Environmental Science.

Les cellules solaires sensibilisées à colorant, également connues sous le nom de « cellules de Grätzel », sont des cellules photovoltaïques de dernière génération. Elles peuvent être fabriquées avec des matériaux peu coûteux et qui présentent déjà des performances meilleures que le silicium amorphe. Dans ces cellules, des molécules photo-actives sensibilisent une électrode à base d’oxyde transparent conducteur nanostructuré, généralement de l’oxyde de titane. Un électrolyte et une contre électrode complètent ce dispositif qui permet de générer du courant même dans des conditions d’éclairage faible.

A l’heure actuelle, les molécules photo-actives les plus efficaces sont des complexes organo-métalliques à base de métal rare (ruthénium), ou des matériaux difficiles à synthétiser (dérivés de porphyrines de zinc). Afin de permettre à cette technologie de trouver un essor au niveau industriel, il est indispensable de remplacer ces composés.

De la modélisation à la réalisation de panneaux solaires

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Dans le cadre de ce travail, les équipes de l’Inac ont conçu puis synthétisé de nouveaux colorants purement organiques, en faisant notamment appel à des modélisations moléculaires, pour remplacer les complexes organométalliques. Ces molécules organiques nouvelles, de structure chimique assez simple, possèdent des couleurs variées et intenses. L’impact des modifications de structure chimique sur leurs propriétés optiques, électroniques et leurs performances photovoltaïques a été étudié puis ces molécules ont été testées en laboratoire par l’Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ, Espagne) et la société Solaronix (Suisse).

Certains composés ont démontré des efficacités photovoltaïques supérieures à 10%, ce qui les classe parmi les colorants les plus performants pour ce type d’application. Après optimisation, des dispositifs stables et efficaces sur plusieurs milliers d’heures en conditions de vieillissement accéléré ont été obtenus. En utilisant un des composés de cette étude, la société Solaronix a même réalisé des modules de grande surface, colorés et semi-transparents utilisables dans le bâtiment.