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Actualité de l'ENS de Lyon

Cellules solaires à colorant, l’énergie de l’avenir

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Thèse de Tangui Le Bahers, Prix Schueller 2013

Le travail de Tangui Le Bahers, récemment récompensé par le Prix Eugène Schueller 2013, porte sur les cellules solaires à colorants. Ces cellules font partie de la troisième génération de dispositifs capables de produire de l’électricité à partir de la lumière du soleil. Qui n’a jamais rêvé de disposer d’énergie gratuite ? C’est tout l’enjeu de ces cellules. La première génération de telles cellules a permis de fabriquer les panneaux solaires avec du silicium dit monocristallin. Leur rendement de production d’électricité est élevé mais ces panneaux sont couteux à fabriquer. La seconde génération, également commercialisée, fait intervenir d’autres types de matériaux dont la quantité nécessaire pour produire de l’électricité est plus faible que pour la première génération, ce qui réduit leur coût de production.
La troisième génération, sur laquelle le travail de Tangui Le Bahers a porté, fait intervenir de nouvelles technologies dont les cellules à colorants. Celles-ci ont été proposées en 1991 et améliorées depuis. Elles nécessitent encore beaucoup de recherches pour être rentables et commercialisables mais leurs caractéristiques sont prometteuses. Ces cellules ont la face éclairée en verre recouverte d’oxyde de zinc, ce qui en fait une électrode. Cet oxyde est, lui-même recouvert d’un colorant. La face opposée est également en verre et recouverte d’une deuxième électrode. Le tout contient une solution aqueuse. Les électrodes sont reliées à un dispositif qui a besoin d’énergie, par exemple une lampe. Sous l’influence de la lumière solaire, le colorant donne un électron à l’oxyde de zinc et le récupère grâce à l’autre électrode. Avant d’être récupéré, l’électron a fait fonctionner la lampe. Ce procédé est peu coûteux puisqu’il ne nécessite pas de silicium. Il, présente en plus l’avantage d’être décoratif puisque les colorants utilisables sont de diverses couleurs.
Le travail de Tangui Le Bahers fut de comprendre comment améliorer le rendement de telles cellules. Il a exploré les potentialités d’une électrode à base d’oxyde de zinc, moins courante que celles généralement étudiées en oxyde de titane, et de comprendre comment le colorant interagit avec elle. Il a également cherché à optimiser le colorant utilisé. Pour ce faire, et c’est un des grands mérites de ce travail, il a abordé ce problème difficile sur les plans à la fois expérimental et théorique.
Quand les cellules à colorant seront efficaces, un grand pas dans le domaine de nos besoins énergétiques sera franchi. Mais pour y arriver, les chercheurs devront avoir compris comment minimiser les effets parasites qui nuisent au rendement d’un tel procédé. Ils devront optimiser les composants comme le verre, les électrodes, le colorant, la solution qui imbibe la cellule et les additifs qui sont essentiels au bon fonctionnement de l’ensemble.
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