Le 3 janvier 2012 — Ottawa, Ontario
Des chercheurs du CNRC ont créé la cellule photovoltaïque organique (PVO) en polarisation inverse la plus efficace au monde, battant un précédent record, établi il y a quelques mois à peine. Cet exploit pourrait accélérer l’adoption des dispositifs à PVO dans de nouvelles applications utilisant l’énergie solaire.
Recourant à un nouveau polymère développé par Jianping Lu en collaboration avec l’Université Laval, le CNRC a conçu une série de piles solaires organiques plus efficaces les unes que les autres. En novembre 2011, un laboratoire de certification indépendant des États-Unis a officiellement attesté que la cellule PVO en polarisation inverse mise au point par l’équipe convertit l’énergie avec une efficacité de 7,1 %. Bref, elle transforme 7,1 pour cent de la lumière solaire captée en électricité.
Ta-Ya Chu à côté d’une cellule solaire organique exposée au Musée des sciences et de la technologie du Canada, à Ottawa. La pile a été mise au point par une équipe du CNRC que pilote Ye Tao.
En septembre, le record précédent de 6,9 % avait été établi par la société belge Imec, dont la cellule PVO en polarisation inverse possédait une ouverture de 0,08 cm2. Outre son rendement plus élevé, la cellule PVO du CNRC a une ouverture de 1,0 cm2, 12 fois plus grande. Or, « plus la surface active d’une pile photovoltaïque est grande, plus cette dernière est proche de la fabrication industrielle », a expliqué Ta-Ya Chu, du CNRC.
La première pile solaire de l’histoire était en silicium, un élément qui convertit relativement bien la lumière en énergie. Malheureusement, le silicium coûte cher et s’effrite facilement. Les piles solaires de la nouvelle génération, dites cellules « photovoltaïques organiques » (PVO), sont plus souples et leur fabrication s’avère moins onéreuse, mais elles produisent aussi moins d’électricité.
« L’électricité générée par les cellules PVO coûterait moins cher que celle venant du silicium parce qu’il faut moins de matériau et que les techniques de fabrication industrielle sont relativement peu onéreuses. C’est notamment le cas de la technologie d’impression rouleau à rouleau à grande vitesse », affirme Jianping Lu, du CNRC. « À peine 0,1 gramme de matière active suffit à couvrir un mètre carré d’une épaisseur de 100 nanomètres. »
Les cellules PVO en polarisation inverse – ainsi baptisées parce qu’il y a inversion de l’anode et de la cathode – transforment habituellement moins bien la lumière en électricité que les cellules PVO classiques. Cependant, leur structure se prête davantage à la production de masse par le procédé rouleau à rouleau. En outre, les cellules PVO en polarisation inverse sont plus stables et sont moins dégradées par l’environnement que les cellules PVO ordinaires.
Le CNRC a commencé à s’intéresser aux dispositifs photovoltaïques en 2005. Trois ans plus tard, un consortium de recherche composé du CNRC, de l’Université Laval, de St-Jean Photochemicals et de la société américaine Konarka inc., recevait une aide financière de Technologies du développement durable Canada, fondation sans but lucratif créée par le gouvernement canadien. « Quand le projet a démarré, les cellules PVO n’avaient une efficacité que d’environ 3 %. Leur rendement a plus que doublé en l’espace de quelques années », poursuit M. Lu.
Les piles solaires du CNRC sont faites de minces couches de plastique organique. Ces légères et souples pellicules sont ensuite « peintes » ou « imprimées » sur un revêtement plastique plus épais rappelant les acétates de rétroprojecteur. Il en résulte une pile que l’on peut rouler ou plier, comme une carte routière légère, robuste et portative. [Lire Sur mesure : piles solaires souples]
En raison de leur souplesse mécanique, les cellules solaires photovoltaïques génèrent de l’électricité quand on les applique sur des formes irrégulières (mallette, sac à dos, équipement militaire, tente, auvent, voire des bâtiments entiers). Elles peuvent aussi donner un revêtement pour fenêtre semi-transparent, de toutes les couleurs, qui remplira deux fonctions : produire de l’électricité tout en créant une certaine atmosphère, à l’intérieur, ou en constituant des motifs, à l’extérieur. Konarka inc., partenaire industriel du CNRC, vend déjà quelques produits qui intègrent les piles solaires souples.
M. Chu attribue la haute performance des dispositifs PVO du CNRC à plusieurs progrès scientifiques, notamment la création de nouveaux matériaux, la mise au point d’un nouveau procédé de fabrication et le travail en équipe pluridisciplinaire, composée de chimistes et de physiciens, aussi habiles théoriciens qu’expérimentateurs.
