Les cellules solaires de haute puissance visent à remplacer les batteries dans l'électronique de faible puissance
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La technologie de base des cellules solaires d'Ambient Photonics est si simple qu'elle est couramment assemblée dans le cadre d'expériences scientifiques au lycée. Dans des laboratoires aux États-Unis, des élèves intercalent le puissant pigment de mûre entre des verres pour créer des cellules à colorant capables de capter l'énergie solaire.
Le procédé d'Ambient Photonics est plus high-tech, avec une chaîne de montage automatisée qui transporte des feuilles de verre de la taille d'un panneau de fenêtre dans une usine rutilante de Scotts Valley, en Californie. Les cellules qu'elle fabrique peuvent capter suffisamment d'énergie solaire pour remplacer les piles bouton et autres petites piles.
L'entreprise déploie cette technologie pour alimenter ce que le PDG Bates Marshall appelle le « vaste univers » de l'électronique basse consommation, notamment les télécommandes, les présentoirs de magasins, les capteurs et un clavier récemment lancé par Lenovo Group Ltd.
Dans un monde qui a produit un record de 62 millions de tonnes de déchets électroniques en 2022 (la dernière année pour laquelle des données sont disponibles) et dans un éventail toujours croissant d'articles et de capteurs électroniques répartis dans le monde entier, trouver un moyen de réduire l'utilisation de batteries à forte intensité de carbone et de ressources n'a jamais été aussi important.
Ambient Photonics a levé des fonds qui ont permis de lancer sa première usine à Scotts Valley, en Californie, juste au-dessus des montagnes de la Silicon Valley, dans ce qui était autrefois une usine qui fabriquait des pièces de VTT et de sports mécaniques.
Aujourd'hui, elle produit des cellules solaires à colorant. Bien qu'elles fonctionnent de la même manière que les panneaux photovoltaïques au silicium installés sur les toits – convertir les photons en énergie – ces cellules utilisent un procédé et des matériaux différents. Elles utilisent un colorant traité avec un mélange unique de molécules placé entre deux fines feuilles de verre pour capturer les photons.
Le processus s'apparente à la photosynthèse, le colorant agissant comme la chlorophylle. Lorsque des photons le touchent, des électrons sont libérés et traversent une plaque de verre recouverte d'un matériau conducteur. Ces matériaux, ainsi que d'autres, « ont été inventés dans notre laboratoire » pour maximiser l'efficacité de la récupération d'énergie, précise Bates Marshall, permettant aux cellules de fonctionner dans des conditions de luminosité plus faibles que les panneaux extérieurs classiques.
Alors que dans les années 1980, les petits appareils électroniques comme les calculatrices reposaient sur des cellules solaires, leur rendement était extrêmement faible. La version d'Ambient Photonics récupère trois fois plus d'énergie, ce qui permet un plus large éventail d'applications, y compris des objets aussi volumineux que des claviers comme celui de Lenovo. Le fabricant chinois d'ordinateurs portables et d'électronique a refusé de fournir des détails précis sur le clavier ou sur sa relation avec Ambient Photonics.
Bates Marshall a déclaré que l'objectif d'Ambient Photonics était d'égaler le prix des technologies de batteries existantes. « Il faut être compatible avec les réalités économiques », a-t-il ajouté, sans toutefois donner de détails.
L'un des domaines dans lesquels les cellules à colorant peuvent surpasser les batteries est leur empreinte environnementale. Bates Marshall a indiqué que l'entreprise avait commandé une analyse externe du cycle de vie, qui a révélé que les cellules émettent 90 % de dioxyde de carbone de moins par unité d'énergie produite que les batteries.
Mais si les cellules à colorant produisent moins d'émissions que les batteries par unité d'énergie produite, elles peuvent parfois nécessiter du matériel supplémentaire. Ces composants supplémentaires peuvent « avoir une empreinte environnementale élevée lors de la fabrication, en termes de carbone et de consommation de matières premières et de minéraux critiques », a écrit Mahmoud Wagih, chercheur en électronique verte à l'Université de Glasgow, dans un courriel.
Ces cellules pourraient toutefois réduire les émissions d'autres manières, notamment en éliminant le besoin de remplacer les batteries usagées. Réduire cette maintenance – y compris l'expédition des batteries et l'envoi de personnel pour les installer – réduirait « l'empreinte carbone inaperçue » des appareils, assure Mahmoud Wagih. « Le véritable coût carbone des appareils électroniques alimentés par batterie réside dans la logistique nécessaire au remplacement d'une batterie dans certains contextes. »
Grâce à sa durée de vie bien supérieure à celle des batteries traditionnelles, cette technologie pourrait également ouvrir un nouveau marché pour les capteurs et les appareils connectés à Internet et améliorer les processus, notamment en usine. « En particulier dans les applications commerciales et industrielles, les batteries freinent véritablement la croissance du marché, car leur coût de remplacement est très élevé », a déclaré Marshall.
Pour des appareils comme les téléphones et les ordinateurs portables, les cellules ne produisent pas assez d'énergie pour remplacer une batterie. Mais à l'usine, Marshall a présenté des prototypes de souris, de télécommandes et de petits écrans numériques pour produits d'épicerie, qu'il a qualifiés d'« archétypes de champions », conçus pour stimuler l'imagination des acheteurs potentiels quant à l'utilisation des cellules à colorant.
Ambient Photonics produit les cellules aux États-Unis, mais dans de nombreux cas, elles finissent dans des produits électroniques fabriqués en Asie, notamment en Chine.
Cela pourrait poser problème suite à la guerre commerciale déclenchée par le président Donald Trump. Après avoir imposé des droits de douane de 145 % à la Chine, celle-ci a réagi en imposant des droits de douane de 125 % sur les produits américains et en mettant en garde les pays contre tout accord avec les États-Unis.
Trump a accordé une exemption aux produits électroniques grand public, même si son administration affirme qu'elle n'est que temporaire. Le délai de grâce de 90 jours accordé à d'autres pays, notamment à de grands fabricants d'électronique comme le Japon et la Corée du Sud, est également compté.
« Il est difficile de planifier lorsque les choses évoluent si rapidement », a déclaré Bates Marshall. Au lieu d'essayer d'anticiper l'évolution de la situation politique, l'entreprise a décidé de construire son usine en Californie, où ses ingénieurs et experts pourraient rationaliser l'automatisation afin de maîtriser les coûts de production , a-t-il ajouté.
Au-delà de la réduction du risque d'incertitude politique, a-t-il déclaré, concentrer toute l'attention de l'entreprise sur sa première usine lui permettra de garantir que les futures usines pourront être construites n'importe où et seront prêtes à l'emploi. Marshall a indiqué qu'Ambient Photonics souhaite en construire une deuxième, idéalement à proximité, compte tenu de l'expertise locale, et qu'elle a sollicité un prêt du ministère de l'Énergie pour construire une « super usine », une installation de haute technologie beaucoup plus grande que son exploitation actuelle.
Le bureau qui émet ces prêts est cependant resté inactif pendant le premier mandat de Trump, et il n'est pas encore clair s'il émettra de nouveaux prêts pendant son second mandat après avoir été très actif sous l'ancien président Joe Biden.
Pour l'instant, Ambient Photonics affirme disposer d'une marge de croissance importante grâce à son usine actuelle. L'automatisation est en cours de finalisation et la production atteindra des centaines de milliers de cellules par mois cette année, avec un objectif de plusieurs millions d'ici 2026. L'entreprise cherche également à lever un tour de table de série B.
Bates Marshall souligne que la start-up avait expédié sa première livraison à Lenovo, dans le cadre de ce qu'il a qualifié de « production de masse », et à « trois ou quatre autres clients majeurs » qu'il a refusé de nommer. « C'est vraiment notre année de lancement. »
https://techxplore.com/news/2025-04-high-powered-solar-cells-aim.html