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Sympathiques panneaux

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Cellule à pigments photosensible sur substrat flexible

On ne peut pas penser à l’environnement sans discuter de sources d’énergies renouvelables. Bien sûr, on peut se déplacer en vélo autant que l’on veut, cela n’empêche pas qu’on aura tout de même besoin d’électricité pour faire fonctionner les objets de tous les jours.

Par Jean-Étienne Tremblay

Le photovoltaïque (production d’électricité à partir de l’énergie solaire en utilisant des matériaux semi-conducteurs) est une méthode courante pour produire de l’électricité renouvelable à petite échelle, cependant elle est souvent critiquée à cause de son coût élevé par rapport à son rendement. Cependant, de nouvelles technologies amusantes promettent de rendre le photovoltaïque beaucoup plus intéressant dans le futur.

 

Commençons par un bref historique ainsi qu’un aperçu des concepts théoriques importants pour avoir une cellule photovoltaïque. D’abord, tous les semi-conducteurs possèdent un « bandgap », qui est l’énergie minimale requise pour qu’un photon soit converti en électron. Ainsi, le bandgap détermine la plus grande longueur d’onde qui peut être absorbée par la cellule.

Assez de théorie! Les premières cellules photovoltaïques étaient basées sur le semi-conducteur par excellence, le silicium. Celui-ci a un bandgap fixe, ce qui fait qu’il ne peut pas absorber dans l’infrarouge qui compose près de la moitié du spectre solaire. Ces cellules peuvent être fabriquées en utilisant presque les mêmes procédés qu’en microélectronique, ce qui a fait leur popularité.

 

Les cellules solaires de seconde génération sont basées sur les couches minces, ce qui permet d’en faire des cellules flexibles. Elles ont cependant un coût élevé et n’atteignent pas encore l’efficacité des cellules de première génération.

Parmi les cellules de troisième génération, il y en a quelques unes qui sont plutôt originales. D’abord, les cellules à pigment photosensible. Leur fonctionnement est inspiré de la photosynthèse végétale et elles sont très peu coûteuses. J’en ai d’ailleurs fabriqué dans le cadre d’un laboratoire! Ces cellules électrochimiques utilisent un colorant (par exemple du jus de framboise ou un colorant plus élaboré de popypyridine au ruthénium) pour capturer le photon et donner un électron au semi-conducteur (souvent du TiO2, un pigment peu coûteux).

 

Un autre des défis des cellules de troisième génération est de mieux utiliser l’ensemble du spectre solaire visible. En effet, l’absorption est moins efficace lorsque l’énergie du photon est beaucoup plus grande que le « bandgap ». On peut donc tenter de créer une cellule qui aurait plusieurs « bandgap » différents. Par exemple, les points quantiques sont des nanostructures qui prometteuses pour cette application. Grâce à leur petite taille et au principe d’incertitude de Heisenberg, leur bandgap est contrôlé par leur taille plutôt que par la nature du matériau seulement. Si on produit des milliers de points quantiques de différentes tailles en suspension dans un solvant, on peut créer une sorte d’encre qui permet de faire des cellules imprimables qui seront aussi efficaces dans le rouge que dans le bleu.

Enfin, il y a également de la recherche qui se fait pour développer des cellules solaires qui fonctionneraient même la nuit. Cela peut sembler bizarre, mais on peut capturer également l’énergie qui est émise par le panneau lorsqu’il se refroidit en émettant de la radiation infrarouge! Cette technologie utilise le même principe qu’une centrale thermique où la source chaude serait le panneau et la source froide serait l’espace lointain.

 

On peut donc dire que tous les moyens imaginables sont bons pour faire une cellule photovoltaïque!




*Les auteurs ont l’entière responsabilité de leurs articles et n’engagent d’aucune façon l’équipe du Polyscope ou de l’AEP, sauf lorsque la signature en fait mention. Nous laissons au lecteur la jugeote de déceler le sarcasme saupoudré sur nos pages.