Des modules photovoltaïques organiques semi-transparents et évolutifs pourraient transformer les fenêtres en générateurs d'énergie.
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Les modules solaires organiques se distinguent par leur flexibilité, leur transparence et leur faible impact environnemental. La transparence, qui dépend de la longueur d'onde, est notamment un atout majeur du photovoltaïque organique. Des chercheurs de l'Université de Fribourg et de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (ISE) sont parvenus à fabriquer des modules photovoltaïques organiques de 14,5 x 14,5 centimètres présentant une transparence moyenne de 43,2 % et un rendement pouvant atteindre 9,26 %. Pour ce faire, ils ont combiné la pulvérisation cathodique et le revêtement par fente, deux procédés éprouvés industriellement et facilement adaptables à la production de modules de grande surface.
« Le passage à une production à grande échelle représente l'un des principaux défis du photovoltaïque organique », explique le Dr Uli Würfel, responsable du département de photovoltaïque organique et pérovskite à l'institut Fraunhofer ISE. Les bons résultats obtenus en laboratoire avec de petites cellules solaires fabriquées artisanalement ne sont souvent pas transposables à la production industrielle, car leur procédé de fabrication n'est pas adapté aux grandes surfaces.
« Le fait d'avoir réussi, pour la première fois, à appliquer toutes les couches des cellules solaires par le procédé de dépôt par fente, sans perte notable, constitue une avancée majeure pour nous. » Les électrodes arrière des cellules solaires sont déposées lors de l'étape précédente par pulvérisation cathodique, une méthode de fabrication éprouvée.
Concilier transparence et résultats
Dans le développement des cellules photovoltaïques organiques semi-transparentes, il existe toujours un compromis entre la transmission de la lumière et la perte d'efficacité qui en découle inévitablement, exprimée par l'efficacité d'utilisation de la lumière (EUL) . Avec des modules photovoltaïques organiques semi-transparents de 210,25 cm², les chercheurs ont atteint une efficacité de 9,26 % pour une transmission moyenne de la lumière visible de 43,2 %. Cela correspond à une EUL de 4,0 %. Les résultats de ce projet ont été publiés dans la revue Joule début août.
« Maintenant que nous maîtrisons le processus de fabrication, nous sommes optimistes quant à notre capacité à accroître significativement la transparence sans compromettre l'efficacité », ajoute Würfel.
Les cellules photovoltaïques organiques semi-transparentes présentent un intérêt particulier pour les applications photovoltaïques intégrées au bâtiment et l'agrivoltaïsme. Crédit : Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE
Des façades en verre aux films souples
Les modules solaires organiques, dont la transmission lumineuse dépasse largement 50 %, pourraient remplacer le vitrage des façades de bâtiments ou des serres. Dans les cas où le verre teinté est souhaitable, comme pour les toits de voitures et les éléments de façade, une transparence réduite peut même s'avérer avantageuse.
Dans chaque module, plus de 100 cellules solaires étaient interconnectées par structuration laser. Ces cellules solaires sont composées d'une électrode arrière réfléchissant la lumière proche infrarouge, déposée sur un substrat de verre par pulvérisation cathodique ; d'une couche absorbante en semi-conducteurs organiques ; et d'une électrode supérieure sans métal, constituée du polymère PEDOT:PSS, appliquée en plusieurs couches à l'aide d'une filière à fente. Heraeus Epurio a développé une nouvelle formulation de PEDOT:PSS pour cette électrode supérieure, permettant d'améliorer la transparence des modules photovoltaïques.
Le revêtement par fente est compatible avec les procédés continus et convient donc également à la production de modules solaires sur film. « Dans le cadre de ce projet, nous avons déjà produit les premiers modules photovoltaïques organiques flexibles qui conservent 100 % de leur rendement initial après 1 274 cycles de flexion sur une tige de 15 millimètres de diamètre », explique le Dr Mathias List, chercheur associé en photovoltaïque organique et pérovskite à l’institut Fraunhofer ISE. La société ROWO Coating a fabriqué les films nécessaires. « La prochaine étape consiste à obtenir des modules de plus grande surface. »
https://www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/durchblick-pv.html