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Des cellules solaires plus fines qu’un cheveu humain

Des scientifiques du MIT ont créé des capteurs photovoltaïques extrêmement fins. Des cellules solaires ultra-minces et légères qui peuvent être ajoutées sur n’importe quelle surface.

Le 03/01/2023 par Florence Santrot
MIT
Des cellules solaires aussi fines que du papier peuvent transformer n'importe quelle surface en source d'alimentation électrique. Crédit : MIT.
Des cellules solaires aussi fines que du papier peuvent transformer n'importe quelle surface en source d'alimentation électrique. Crédit : MIT.

Après les panneaux solaires qui produisent de l’électricité la nuit, ceux qu’on peut installer sur son balcon… voici les cellules solaires plus fines qu’un cheveu humain ou une feuille de papier. Des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont créé des panneaux solaires ultra-minces avec, au dos, une surface autocollante. Celle-ci permet de les coller partout où on en a besoin.

Autre avantage, ces capteurs solaires sont capables de fournir 18 fois plus d’énergie par kilogramme que les panneaux photovoltaïques traditionnels. Ils peuvent être utilisés de manière très facile – d’autant plus qu’ils sont flexibles. On peut donc les déplacer à loisir là où on a besoin d’une alimentation électrique autonome. Pesant environ un centième du poids de panneaux solaires classiques, cette solution pourrait être utile dans des zones isolées. Ou en cas d’urgence, pour un apport supplémentaire en puissance.

Des cellules solaires applicables partout

« Parce qu’elles sont si fines et légères, ces cellules solaires peuvent être laminées sur de nombreuses surfaces différentes, explique le MIT dans un communiqué. Par exemple, elles pourraient s’appliquer aux voiles d’un bateau pour fournir de l’énergie en mer. On peut aussi imaginer les coller sur des tentes et des bâches déployées lors d’opérations de sauvetage après un sinistre. Ou encore appliqués sur les ailes de drones pour étendre leur portée de vol. Cette technologie solaire légère peut s’intégrer facilement dans des environnements bâtis avec des besoins d’installation minimes. »

Vladimir Bulović, titulaire de la chaire Fariborz Maseeh en technologies émergentes et responsable du laboratoire d’électronique organique et nanostructurée (ONE Lab) au MIT, met en avant la grande facilité d’intégration de cette innovation. « Les paramètres utilisés pour évaluer une nouvelle technologie de cellules solaires se limitent généralement à leur efficacité de conversion de puissance et à leur coût en dollars par watt. L’intégrabilité est tout aussi importante, c’est-à-dire la facilité avec laquelle la nouvelle technologie peut être adaptée », souligne-t-il.

Une innovation pour rendre les cellules photovoltaïques moins fragiles

Concrètement, comment sont fabriquées ces cellules solaires d’un nouveau genre ? Généralement, ces capteurs en silicium sont très fragiles. Il faut donc les protéger avec du verre et un cadre en aluminium lourd et épais. Cela empêche d’installer ces cellules partout où on le voudrait… et où on en aurait besoin. Mais le laboratoire ONE Lab a créé, il y a 6 ans, de nouveaux types de cellules solaires. Des cellules si minces et légères qu’il était possible de les poser sur une bulle de savon.

Reste que, pour les fabriquer, ces nouveaux capteurs nécessitaient un processus complexe et coûteux. Au fil des ans, ils sont parvenus à créer des cellules extrêmement minces et imprimables. Pour cela, ils ont eu recours à des nanomatériaux à base d’encre et à de nouvelles techniques de fabrication. Une machine vient « déposer des couches de matériaux électroniques sur un substrat de seulement 3 microns d’épaisseur [un tissu extrêmement fin et résistant appelé Dyneema, NDLR]. En utilisant la sérigraphie (comme pour imprimer des motifs sur des T-shirts), une électrode est appliquée pour compléter le module solaire. » Au total, celui-ci est épais de seulement 15 microns (contre 70 microns en moyenne pour un cheveu humain) et flexible. Roulé et enroulé 500 fois, le dispositif a conservé 90 % de ses capacités originales, assurent les scientifiques.

Des cellules solaires au rendement record

Lorsqu’ils ont testé ce nouveau module solaire, les chercheurs du MIT ont découvert qu’il pouvait générer jusqu’à 730 watts de puissance par kilogramme lorsqu’il était autonome. Et environ 370 watts par kilogramme en l’appliquant sur le tissu Dyneema. C’est 18 fois plus de puissance par kilogramme que les cellules solaires conventionnelles.

Le MIT estime qu’il suffit d’ajouter seulement 20 kilos de cellules solaires sur une maison lambda pour fournir 8 000 watts d’énergie à une maison. Avec des panneaux photovoltaïques classiques, il faut compter un poids cent fois supérieur… et une installation bien plus complexe. Reste maintenant à finaliser l’innovation pour qu’elle passe à une production à échelle industrielle.

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