Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont fait une découverte inattendue. À l’aide d’une toute nouvelle méthode, ils sont parvenus à produire de l’électricité à l’aide d’un seul matériau. Elle rend l’utilisation d’autres composants superflue. Sa nature particulière permet aussi de convertir presque l’intégralité de la lumière incidente en électricité. Cela offre une efficacité de rendement dont les modules solaires actuels ne peuvent que rêver.
Une découverte fortuite qui pourrait révolutionner la production d’énergie
C’est l’équipe de chercheurs en chimie synthétique avec le professeur Hugo Bronstein au département de chimie de Yusuf Hamied, et une équipe de physique des semi-conducteurs dirigée par le professeur Sir Richard Friend au département de physique, qui ont fait cette découverte. Dans les faits, ils étaient à la recherche d’une toute autre utilisation pour ce matériau. Ces chercheurs de l’université de Cambridge voulaient utiliser cette nouvelle classe de molécules pour développer une substance dotée d’une bonne luminosité. Elle s’inspire des diodes électroluminescentes organiques très répandues de nos jours. On trouve celles-ci dans les téléviseurs OLED par exemple. Au lieu de cela, leur étude publiée dans la magazine spécialisé Nature Materials a mis l’accent sur une propriété inattendue. Cette molécule semi-conductrice organique lumineuse, appelée P3TTM, possède un seul électron non apparié en son centre. Grâce à cela, la particule possède des propriétés magnétiques et électroniques uniques.
En effet, lors d’un contact étroit, ces électrons non appariés interagissent d’une manière particulière. Dans la plupart des matériaux organiques, les électrons sont appariés de telle sorte qu’ils n’interagissent pas avec leurs voisins. Dans ce système, cependant, l’interaction entre les électrons non appariés situés à des endroits voisins favorise le saut d’un électron d’une particule à sa voisine lorsque deux molécules s’agglomèrent. Cela génère des charges positives et négatives que l’on peut extraire pour créer ce que l’on appelle un photocourant. En principe, ce courant photoélectrique est la véritable électricité que l’on pourrait ainsi obtenir. En science, ces modèles particuliers sont généralement observés dans l’isolant de Mott-Hubbard. Une première étude en laboratoire de l’équipe de chercheurs montre à quel point il est important que ce mécanisme puisse être utilisé de manière ciblée avec un certain type de particules.
Les premiers tests de la nouvelle structure de la cellule solaire laissent entrevoir un grand potentiel
À l’aide d’un film P3TTM, les chercheurs ont découvert ce qui se passe lorsqu’on dirige la lumière sur cette cellule. En laboratoire, ils ont pu atteindre une efficacité de collecte d’électricité impressionnante de près de 100 pour cent. En d’autres termes, presque tous les photons lumineux qui ont frappé la cellule solaire ont pu être transformés en électricité.
Ce taux à lui seul est impressionnant si l’on compare les modules solaires actuels. La plupart des modules solaires à base de silicium commercialisés aujourd’hui atteignent un rendement d’environ 20 à 25 pour cent. Ils ne peuvent donc convertir qu’un quart de l’énergie lumineuse qu’ils reçoivent en électricité utilisable. Les cellules solaires dites tandem sont basées sur des structures en pérovskite en général. Elles atteignent déjà une efficacité allant jusqu’à 47,6 % dans des conditions de laboratoire. Mais même dans des conditions idéales, elles ont un potentiel deux fois moins important que les P3TTM. Cependant, il est trop tôt pour se réjouir.
La longévité et la durée de vie de la nouvelle cellule solaire restent encore à clarifier
En théorie, on a pu démontrer que le matériau possède les propriétés nécessaires. Les molécules ne peuvent pas non plus se décharger mutuellement. On pourrait donc prélever la tension qui s’établit dans les molécules aux extrémités opposées sous forme de tension utilisable. Autrement dit, on pourrait utiliser ce matériau léger et bon marché comme une cellule de panneau solaire. Il est toutefois encore trop tôt pour dire quelle sera la longévité de ces cellules solaires dans le cas d’utilisation pendant plusieurs années dans des conditions réelles.
Les cellules solaires des panneaux sont subissent des intempéries et des conditions météorologiques extrêmes. Les conditions climatiques extrêmes tels que la grêle ou les intempéries sont de plus en plus fréquentes dans le monde et causent aujourd’hui déjà des dommages importants aux installations existantes. Des tests supplémentaires seront nécessaires pour déterminer la performance du matériau dans des conditions réelles et l’usure à laquelle il faut s’attendre. Même une efficacité de presque 100 % ne servirait pas à grand-chose dans la pratique s’il s’avérait que le film ne pourrait fonctionner que moins d’un an. Mais avec la découverte de cette nouvelle mécanique, la recherche a ainsi ouvert la porte à une nouvelle considération de la conception des cellules solaires.
Ce n’est donc qu’une question de temps, et de considération de la perte d’efficacité éventuelle, avant que l’on puisse développer une variante qui promet un rendement électrique élevé et la durabilité souhaitée. On attend donc avec impatience de voir ce qu’il adviendra du P3TTM en tant que LED organique lumineuse et en tant que cellule solaire potentielle.
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