Des scientifiques de l’université de l’Arkansas viennent de réaliser une première mondiale : utiliser des cellules solaires fabriquées à partir de graphène pour alimenter de vrais appareils électroniques. Les minuscules panneaux solaires d’un nouveau genre ont permis de faire fonctionner des capteurs de température du commerce, même avec un faible éclairage. Une avancée qui pourrait transformer la manière dont nos petits appareils du quotidien sont alimentés en énergie.
Une nouvelle façon de produire de l’électricité
L’équipe dirigée par Paul Thibado, professeur de physique, a publié ses résultats dans la revue scientifique Cell Reports Physical Science. Leurs travaux reposent sur le graphène, un matériau extraordinaire composé d’une seule couche d’atomes de carbone. Découvert il y a une quinzaine d’années, le graphène fascine les chercheurs par ses propriétés exceptionnelles : ultra-léger, flexible, résistant et excellent conducteur d’électricité.
Contrairement aux panneaux solaires classiques que l’on voit sur les toits, fabriqués en silicium, ces nouvelles cellules fonctionnent différemment. Les chercheurs ont créé de minces films de graphène ondulé, dont ils ont modifié les propriétés électroniques par un procédé appelé « dopage« . Exposés à la lumière, ces films génèrent de l’électricité grâce aux propriétés quantiques du matériau.
Des tests concluants dans la vie réelle
Pour vérifier l’efficacité de leur invention, l’équipe a mené des expériences pratiques. Ils ont placé trois capteurs de température à différentes distances d’une source lumineuse et les ont alimentés uniquement avec leurs cellules au graphène. Il en découle que même avec un éclairage faible, comparable à celui d’une pièce normale, les petites cellules ont fourni assez d’énergie pour faire fonctionner les appareils.
« Le graphène peut être n’importe quel type de semi-conducteur que vous voulez, selon la façon dont vous le dopez », indique Paul Thibado. En d’autres termes, on peut adapter ce matériau à de nombreux usages différents, une polyvalence que le silicium rigide ne possède pas. Le graphène est également souple et quasi-incassable, contrairement au silicium qui se brise facilement.
Des applications concrètes à portée de main
L’un des grands avantages de cette innovation réside dans sa simplicité de fabrication. Les chercheurs ont développé une méthode relativement accessible pour produire ces films, sans avoir besoin d’équipements extrêmement coûteux. Un point crucial pour passer du stade de la recherche à celui de la production commerciale.
Les applications potentielles sont nombreuses et variées. Ces mini-cellules solaires pourraient alimenter des montres connectées, des capteurs médicaux, des vêtements intelligents ou encore les innombrables objets connectés qui peuplent désormais nos maisons. Imaginez des appareils qui se rechargent simplement à la lumière ambiante, sans jamais avoir besoin de piles ou de câbles.
L’équipe a d’ailleurs déjà obtenu deux brevets et envisage sérieusement de commercialiser sa technologie. Le marché de la récupération d’énergie, soit la capacité à capter l’énergie présente dans notre environnement, est en plein essor, porté par notre besoin croissant d’appareils autonomes.
Bien sûr, des défis subsistent avant de voir ces cellules au graphène partout dans notre quotidien. Il faudra prouver leur fiabilité sur le long terme et s’assurer qu’elles peuvent être produites à grande échelle pour un prix compétitif. Mais en démontrant qu’elles fonctionnent réellement pour alimenter des appareils du commerce, l’université de l’Arkansas vient de franchir un pallier. Le graphène sort enfin des laboratoires pour s’attaquer à nos besoins énergétiques réels.
Article : « Array of mini-graphene-silicon solar cells intermittently recharges storage capacitors powering a temperature sensor » – DOI : 10.1063/10.0039935
L’article a été publié dans le Journal of Vacuum Science and Technology B. Parmi les coauteurs de l’Université de l’Alberta figuraient également Syed M. Rahman, Md R. Kabir et James M. Magnum, tous doctorants. Les coauteurs de l’Université du Michigan comprenaient Hung Do et Gordon Carichner, en plus de Blaauw.
Source : Arkansas U.
