Une équipe du CEA, en collaboration avec l’Université Pablo de Olavide (Séville, Espagne) et l’entreprise suisse Solaronix, a inventé une nouvelle famille de colorants photochromes adaptés au photovoltaïque.
Le résultat de ce travail ouvre la voie à des vitrages photovoltaïques dont la transparence s’adapte à la luminosité, une application intéressante notamment dans le bâtiment ou dans le secteur automobile.
Ces résultats ont fait l’objet d’une publication dans Nature Energy le 8 juin 2020.
Les cellules solaires transparentes à colorant ont de nombreux atouts à faire valoir – faible coût, haute efficacité (14 %) même sous faible éclairement – mais elles se distinguent surtout de leurs concurrentes par leur couleur et leur transparence qui intéressent les architectes.
En proposant des cellules dont la transparence s’adapte à l’ensoleillement, les chercheurs de l’Institut de recherche interdisciplinaire à Grenoble (Irig) ont réussi à trouver un compromis entre transparence et efficacité de conversion. Comme les lunettes photochromiques, ces cellules s’assombrissent sous fort éclairement pour produire de l’électricité et s’éclaircissent dès que la lumière du soleil décline.
Les chercheurs ont développé des colorants photochromes de différentes couleurs pour intégrer ces cellules du futur. Leur formulation et leur structure ont alors été optimisées afin de concilier photochromisme et effet photovoltaïque. Les cellules solaires photochromiques obtenues passent du jaune pâle à l’orangé, au rouge ou encore au vert foncé sous forte luminosité, ce qui permet d’augmenter leur rendement photovoltaïque. Une cellule de surface active de 14 cm² a ainsi produit 32,5 mW après coloration.
Les premiers résultats en termes de stabilité sont également très encourageants (au moins 50 jours sans encapsulation, c’est-à-dire sans aucune protection sur la cellule). Il reste donc à optimiser la stabilité de ces cellules et les vitesses de transition entre faible et forte luminosités.
Légende : Les cellules solaires photochromiques passent du jaune pâle à l’orangé, au rouge ou encore au vert foncé sous forte luminosité, augmentant du même temps leur rendement photovoltaïque © CEA-IRIG
Ces travaux, menés dans l’UMR Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l'énergie et la santé (SyMMES, CEA-CNRS-UGA) sont soutenus par l’ANR (programme OH-risque) et par une bourse ERC Advanced Grant qui a débuté en septembre 2019. Références : Photochromic dye-sensitized solar cells with light-driven adjustable optical transmission and power conversion efficiency, Nature Energy. https://doi.org/10.1038/s41560-020-0624-7
