Photovoltaïques tout organique

Les premiers travaux sur le sujet date de 1958. Au début les rendements sont infimes mais les chercheurs démontrent néanmoins qu’il est possible d’utiliser des matériaux organiques pour recevoir et donner des électrons en vue de créer un courant électrique. Diverses molécules organiques se révèlent intéressantes : celles de colorants usuels comme le bleu de méthylène ou celles issues directement de la nature comme les carotènes ou les chlorophylles.
En 1984 un premier polymère est trouvé pour servir de base à une cellule photovoltaïque organique, le poly(3-méthylthiophène). D’autres molécules et d’autres polymères seront trouvés. Des nanoparticules se révèleront aussi prometteuses et diverses configurations seront essayées pour optimiser la structure des cellules photovoltaïques organiques. A partir des années 2010 les rendements ont commencé de s’approcher des rendements des panneaux solaires au silicium avec un prix de revient compétitif. La commercialisation de ce type de produit pouvait alors commencer pour transformer les bâtiments industriels et commerciaux en centrales électriques avec des façades et des toitures qui produisent de l’énergie.

Aujourd’hui le record mondial du rendement en photovoltaïque organique (13,2%) est détenu par Heliatek, une firme allemande qui est aussi devenue en très peu d’années le leader des films solaires organiques.

Le procédé d'Heliatek, breveté et non polluant, repose sur la production, sous vide ou sous gaz inerte, d’un film multicouches composé de deux couches ultrafines de nano-particules organiques photosensibles déposées sur film plastique et sandwichées dans les couches transportant l’énergie électrique produite (électrodes) et des couches de protection.
Les films solaire d’Heliatek ne pèsent que 1 kg/m2, soit moins de 5% du poids des modules solaires traditionnels. Ils sont ultra légers, flexibles et ultra-minces (de l’ordre du millimètre).
Très peu de composés organiques actifs sont nécessaires pour leur fabrication. De plus, ni substances toxiques, ni métaux lourds, ne sont utilisés dans le processus de production ou dans le produit final, ce qui permet un recyclage facile des films en fin de vie.
Les films peuvent être transparents ou leurs couleurs peuvent être adaptés selon les besoins du client. Les films conservent leur efficacité dans des conditions de faible luminosité, même à des températures élevées, un avantage pour les climats chauds.
Différents conditionnements sont disponibles en fonction des applications. Ils peuvent être intégrés comme revêtement actif dans les matériaux de construction, notamment aux éléments de grande surface tels que les panneaux en acier ou en béton. En bobine ils peuvent être laminées par les fabricants d’éléments de construction directement sur leurs propres matériaux. Equipés d’une face arrière auto- adhésive, ils sont prêts à l’emploi pour la rénovation énergétique de bâtiments existants faisant face à des contraintes de poids, de forme, d’accès, d’isolation, etc.
C’est cette dernière solution qui a été retenue pour la pose de 530 m2 de film photovoltaïque organique sur le toit du collège Pierre Mendès France à La Rochelle. La pose de ce matériau léger a été réalisée par simple collage sur la toiture en zinc d’un bâtiment qui n’aurait pas supporté le poids de panneaux solaires classiques.
A ce jour cette réalisation reste la plus grande installation de films photovoltaïques organiques au monde. La production annuelle, de l’ordre de 24 MWh, couvre quelque 20% des besoins électriques annuels du collège.

 pose du film photovoltaïque organique au collège Pierre Mendès France

Heliatek qui est encore une start-up bénéficie du soutien de des pouvoirs publics allemands et européen et le groupe énergéticien ENGIE a pris une participation de 6% dans son capital. Les investissements prévus pour développer les capacités de production vont se traduire par de nouveaux gains d’échelle, des productivités plus fortes et donc une compétitivité accrue pour la filière du photovoltaïque organique.
Tout laisse donc à penser que Heliatek, comme les autres sociétés qui vont se mettre sur ce marché vont connaître de fortes croissances et participer à la révolution des villes intelligentes (smart cities) avec leurs quartiers à énergie positive et leur schéma de mobilité optimisée : par exemple la Peña Station NEXT près de Denver au Colorado, une zone de développement mixte de 162 hectares qui teste sur son territoire de nombreuses innovations destinées à la ville du futur.

Peña Station NEXT

 

A propos

Animé par Jacques Carles et Michel Granger, tous deux ingénieurs et « Philosophiae Doctor » de l’Université de Montréal, ce site se propose de collecter les nombreux signaux faibles qui annoncent déjà ce que sera demain et d'analyser les grandes forces qui sont à l’œuvre en ce début de 21ème siècle. L'objectif n'est cependant pas de prévoir ce que sera l’avenir mais plus modestement d’inciter à la réflexion pour agir collectivement et maitriser notre futur au lieu de le subir.


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