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Les cellules solaires nanocristallines imprimables bon marché à base d’encre deviennent une réalité

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Après plus de 20 ans de recherches continues, l’électrochimiste Michael Gratzel de l’Ecole polytechnique fédérale de Suisse a trouvé la solution : il a créé une cellule photovoltaïque bon marché qui utilise un colorant organique imprimé pour absorber la lumière du soleil. Cela s’appuie sur sa découverte initiale du photovoltaïque à base de colorants en 1991 qui nécessitait du ruthénium, un élément incroyablement rare et coûteux.

Ces nouvelles cellules nanocristallines sensibilisées aux colorants (DSC) sont essentiellement des plaques de dioxyde de titane céramique (titane) – le même matériau très bon marché qui compose le pigment de la peinture blanche (photo ci-dessous à droite). Le colorant organique, qui est simplement imprimé sur l’oxyde de titane, est une molécule avec trois caractéristiques distinctes : il a un groupe d’atomes qui gagne facilement des électrons, un groupe qui perd des électrons et un pont absorbant la lumière qui est similaire à la chlorophylle trouvée dans cellules végétales. Fondamentalement, la lumière du soleil frappe le colorant, qui envoie ensuite des électrons dans l’oxyde de titane, où les électrodes les captent pour créer un courant.

Cellule photovoltaïque nanocristalline à colorantL’adoption à grande échelle de l’énergie solaire est entravée par trois facteurs principaux : le coût, l’efficacité et la disponibilité. Presque tous les centrale solaire photovoltaïque (par opposition à énergie solaire concentrée à base de miroir) utilise des cellules solaires à base de semi-conducteurs. Ceux-ci ont chuté de prix ces dernières années avec des augmentations de la production (et des subventions gouvernementales), mais en fin de compte, ce sont des appareils électroniques complexes qui coûtent cher à fabriquer et sont entravés par la disponibilité mondiale des matières premières (assez rares). Les nanocristaux sensibilisés par colorant utilisant cette nouvelle approche seraient moins chers et plus faciles à fabriquer que les photovoltaïques existants.

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Cependant, c’est l’efficacité qui prime : les DSC, du moins dans leur format actuel, ne sont capables que d’une efficacité de 12,3 %, bien en deçà du
~ 20% d’efficacité étant atteinte par le photovoltaïque à base de semi-conducteurs. Si les DSC peuvent être poussés jusqu’à 15 % d’efficacité, ils devraient alors devenir une alternative rentable.

En prime, tout comme le puces informatiques imprimées que nous avons couvert la semaine dernière, les DSC peuvent également être beaucoup plus flexibles que leurs cousins ​​cristallins à semi-conducteurs. Peut-être que les nanocristaux sensibilisés aux colorants sont exactement ce dont nous avons besoin pour alimenter ces ordinateurs portables qui se profilent à l’horizon depuis cinq ans.

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