Après six mois de recherche conjointe, le spécialiste japonais de la chimie Toyobo Co. et le CEA ont réussi à fabriquer de petites cellules photovoltaïques organiques (PVO) sur un substrat en verre qui ont obtenu le meilleur rendement (1) de conversion au monde dans une pièce sombre. Toyobo souhaite faire de ce matériau, la source d’énergie sans fil pour l’Internet des Objets, à l’image des capteurs de température-humidité et de mouvement.
Toyobo a développé un matériau générateur d’énergie spécifique à la PVO afin de produire une puissance élevée à partir de sources lumineuses de pièces à faible luminosité, en utilisant des technologies de synthèse organique que l’entreprise a cultivées au cours de ses années de recherche sur la chimie fine (2). Le matériau peut se dissoudre facilement, même dans des solvants sans halogène, ce qui lui permet d’être appliqué uniformément sur un substrat et de produire de l’énergie de manière stable avec peu de différences individuelles.
Pour mettre le matériau en pratique le plus rapidement possible, Toyobo a mené des recherches conjointes avec le CEA-Liten pendant six mois à l’INES depuis juin 2019. Au cours de cette collaboration, Toyobo et le CEA ont réussi à fabriquer de petites cellules PVO sur un substrat en verre avec le meilleur rendement de conversion au monde en optimisant les solvants et la technique de revêtement. Lors d’une expérience de vérification sous un éclairage au néon de 220 lux, équivalent à la luminosité d’une chambre noire, il a été confirmé que le produit testé avait atteint un rendement de conversion d’environ 25 %, soit 60 % de plus (3) que celui des cellules solaires en silicium amorphe couramment utilisées pour les calculatrices de bureau. Bien qu’il soit plus complexe d’appliquer un matériau générateur d’énergie sur un film PET que sur un substrat en verre, les équipes ont également développé des prototypes de modules PVO sur un substrat de film PET d’une surface effective de 18 centimètres carrés. Le module a été capable de produire environ 130 microwatts sous le même éclairage.
Toyobo prévoit de proposer ce matériau notamment aux fabricants de cellules solaires, sur la base du savoir-faire acquis de cette recherche conjointe. L’objectif est que ce matériau soit utilisé d’ici mars 2023 essentiellement comme source d’énergie sans fil pour les capteurs de température-humidité et de mouvement.
La cellule PVO est une cellule solaire, qui est créée en recouvrant d'électrodes des matériaux organiques générateurs d'énergie, notamment des atomes de carbone et de soufre, sur un substrat en verre ou en plastique. Puisque la cellule PVO est très fine et flexible, elle se fixe facilement aux murs ou aux surfaces de tissu où les cellules solaires inorganiques courantes ne peuvent être installées. On attend donc beaucoup de la PVO comme source d'énergie sans fil pour les capteurs et les appareils portables, qui sont indispensables à l'internet des objets (IoT).
Références
1 Selon les recherches de Toyobo en date du 23 mars 2020
2 D’après le communiqué de presse de Toyobo du 31 juillet 2019
3 En comparaison avec un rendement de conversion de 16 % pour les cellules solaires générales en silicium amorphe, mesuré par Toyobo sous une luminosité de 220 luxes.
