Active Surfaces ambitionne d'installer des panneaux solaires autocollants partout.
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Cette start-up primée, issue de l'Initiative énergétique du MIT, développe des films solaires légers, flexibles et à haut rendement, conçus pour être utilisés sur les toits, les murs et toute surface courbe.
Active Surfaces, une start-up basée sur des technologies d'énergie solaire issues de la recherche du MIT, est en bonne voie de développer ce que son cofondateur, Richard Swartwout appelle « l'énergie solaire 2.0 ». La technologie de l'entreprise répond à un besoin que Swartwout a identifié en observant les défis énergétiques en Inde lors d'une bourse de recherche du MIT Energy Initiative (MITEI).
Au cours des deux dernières années, la société a levé plus de 10 millions de dollars en capital-risque, en investissements d'entreprises et en subventions publiques, annonçant plus récemment en octobre un investissement de la compagnie d'électricité tokyoïte Electric Power Development Co. Active Surfaces a également ouvert son site de développement de fabrication actuel, une installation de 465 m2, en 2024 à Woburn, dans le Massachusetts, qui est maintenant remplie d'imprimantes industrielles rouleau à rouleau et d'autres équipements dont les coûts sont optimisés avant que l'équipement ne soit mis à l'échelle pour une usine de fabrication à échelle commerciale inédite.
S’appuyant sur plus de dix ans de recherche au MIT et les brevets qui en découlent — dont trois détenus par Swartwout —, les collaborateurs d’Active Surfaces ont mis au point une approche novatrice pour l’énergie solaire. Au lieu du silicium, la technologie « solaire 1.0 » dominante aujourd’hui, leurs cellules solaires sont composées de pérovskite, un matériau bon marché, abondant, léger, flexible et très efficace pour absorber et émettre la lumière.
« Nous devons commencer à réfléchir à de plus en plus d'endroits où installer des panneaux solaires », déclare Swartwout, « et nous devons réduire considérablement les coûts de fabrication et d'installation. » Active Surfaces conçoit actuellement la technologie solaire qui permettra d'atteindre ces objectifs.
Ces dernières années, les particuliers, les entreprises de production et de distribution d'électricité, entre autres, ont adopté des systèmes à base de silicium. En 2024, la capacité solaire installée dans le monde a dépassé les 2 térawatts. Cependant, certains experts estiment que d'ici 2050, le monde aura besoin de 20 térawatts de capacité solaire installée pour répondre à la demande croissante d'électricité tout en réduisant les émissions de carbone.
Une cible de longue date
La technologie du silicium convenait parfaitement à son usage initial – produire de l'électricité pour les premiers engins spatiaux de la NASA – puis aux installations de production d'électricité dans des régions isolées. Peu importait que les cellules solaires en silicium soient fragiles et nécessitent des structures de support robustes. Swartwout a pris conscience des limites du solaire au silicium lors d'un voyage en Inde en 2016, dans le cadre de sa bourse du Tata Center for Technology and Design du MITEI, afin d'observer les difficultés d'accès à l'énergie rencontrées par les populations des régions reculées. Au cours de ses échanges avec les habitants, Swartwout a constaté à maintes reprises que ces derniers se méfiaient de l'énergie solaire car les panneaux, fragiles, « tombent en panne très prématurément dans ce genre d'endroits ».
Motivés par cette première expérience, et face à la nécessité d'une croissance mondiale rapide de la production d'énergie solaire, Swartwout et Shiv Bhakta (MBA '24, SM '24) ont cofondé Active Surfaces en 2022. Leur expertise est combinée de manière inhabituelle : Bhakta, PDG et ancien étudiant en génie civil et environnemental et en commerce (via le programme Leaders for Global Operations), apporte une solide expérience stratégique du marché, tandis que Swartwout, directeur technique et ancien étudiant en génie électrique et en informatique, a passé dix ans au MIT à travailler sur la R&D solaire et l'innovation en électronique imprimée.
D'autres équipes de recherche ont travaillé sur les pérovskites, mais les compositions et techniques de fabrication les plus prometteuses étaient toxiques, et la gestion de cette toxicité rendait la production à grande échelle impraticable. Le procédé Active Surfaces utilise quant à lui une nouvelle encre de pérovskite composée exclusivement d'éléments non toxiques.
Des couches de matériau électronique sont déposées sur un substrat mince, puis une électrode est déposée sur la surface pour former un module. Les modules solaires sont ensuite protégés des agressions extérieures par une résine époxy qui sèche en quelques secondes sous une lampe ultraviolette. Le module, d'une épaisseur minimale de 15 microns, peut être facilement fixé sur n'importe quelle surface.
Le film solaire fini produit autant d'électricité qu'une cellule en silicium de surface équivalente, et sa durabilité, confirmée dans des conditions réelles de température et d'humidité, dépasse 10 ans. Léger et robuste, ce film solaire est facile à installer, un avantage qui réduit considérablement le coût global par rapport aux panneaux solaires en silicium. Pour un système classique de panneaux en silicium installés sur une toiture, l'installation représente souvent jusqu'à la moitié du coût total.
« Ces panneaux ne sont pas conçus pour être facilement déployés dans le cadre d'une construction traditionnelle », explique Swartwout. « Un panneau solaire flexible est beaucoup plus adapté à nos méthodes de construction. Pour l'installer sur un toit, il suffit de le dérouler, comme on déroulerait une tuile d'asphalte ou une membrane d'étanchéité. »
De plus, ces films flexibles peuvent être fabriqués grâce à une méthode de production de masse économique appelée fabrication en continu, où le matériau est déroulé d'une bobine et réenroulé sur une autre. Les machines fonctionnent à grande vitesse et l'investissement initial requis est faible. Par conséquent, explique Swartwout, « la centralisation de la production présente peu d'intérêt ; on peut donc envisager un modèle de production distribuée ».
Cela résout un autre problème de la technologie solaire au silicium actuelle : la Chine fabrique aujourd'hui la quasi-totalité des cellules solaires et, comme le souligne Swartwout, « de nombreux pays ne souhaitent pas que leurs chaînes d'approvisionnement énergétique soient totalement dépendantes de la Chine. Grâce à notre technologie, il est possible d'avoir une production régionale, localisée… à l'image du marché automobile actuel. »
Grandir sans rompre les liens
Bien que les films d'Active Surfaces ne soient pas encore à taille réelle, leur production a connu une croissance rapide, explique Swartwout. « En trois mois, notre produit est passé de l'échelle du laboratoire à une taille de 15 cm x 15 cm, puis, en quatre mois environ, à 15 cm x 60 cm, soit la plus grande taille que nos machines actuelles peuvent traiter. » Il ajoute cependant que cet échantillon de 15 cm x 15 cm est « représentatif d'un processus de fabrication minimal viable ».
L'entreprise entretient toujours des liens étroits avec le MIT. Plusieurs professeurs du MIT figurent parmi les conseillers de la start-up. Située à seulement 24 kilomètres du MIT, ses employés se rendent fréquemment au MIT.nano, notamment pour utiliser des outils d'inspection comme les microscopes électroniques à balayage et, occasionnellement, des installations de fabrication non disponibles dans leur propre laboratoire.
Par ailleurs, la start-up finance parfois des travaux au MIT.nano, en particulier lorsqu'elle a besoin d'une extension de brevet du MIT. Swartwout qualifie la relation entre la start-up et le MIT de « synergie fructueuse » et précise que la création d'Active Surfaces était « dans cette optique ».
Swartwout est optimiste quant à l'avenir d'Active Surfaces. « Nous pensons avoir un marché immense. L'investissement initial de nos investisseurs est donc largement justifié par la croissance future que notre technologie pourrait apporter au paysage énergétique dans son ensemble. »