En utilisant des couches d’une grande finesse de polymères flexibles, les chercheurs du MIT ont créé des cellules solaires qui sont les plus minces et les plus légères jamais fabriquées. D’un 50è de l’épaisseur d’un cheveu humain, et capables de produire jusqu’à 6 watts de puissance par gramme, ces cellules sont si minces et légères qu’elles peuvent être installées à la surface d’une bulle de savon sans la briser. Avec de telles références impressionnantes, les prototypes de cellules ont le potentiel d’ajouter l’énergie solaire sur tout, depuis des composants électroniques à base de papier jusqu’à toutes sortes de dispositifs mobiles et wearables exceptionnellement légers.
Bien que les cellules solaires flexibles sont tout juste une nouvelle innovation, même en cours de production expérimentale pour tout, depuis des rouleaux imprimés en continu jusqu’à être pulvérisées sur des panneaux, le rapport puissance-poids est là où ces nouvelles cellules sont essentielles. Avec une puissance de 6 watts démontrés par gramme, elles produisent un signal de sortie d’environ 400 fois supérieure à celui des cellules solaires standard recouvertes de verre qui génèrent environ 15 watts par kg en moyenne.
Ce type de performance associant grande légèrement à un haut rendement pourrait être crucial pour des éléments tels que la réduction de la masse d’un vaisseau spatial ou d’un aéronef électrique. Ou cela pourrait simplement permettre de fabriquer des appareils portables beaucoup plus faciles à utiliser et à transporter.
« Il pourrait être si léger que vous ne savez même pas qu’il est là, sur votre chemise ou sur votre ordinateur portable», a déclaré Vladimir Bulović Professeur de technologies émergentes à l’école d’ingénierie du MIT. « Ces cellules pourraient être simplement un ajout à des structures existantes. »
Menant des travaux antérieurs sur des cellules solaires ultra-minces par le professeur Bulović, l’équipe a cherché à confirmer l’hypothèse que les cellules solaires pourraient être encore plus minces et flexibles, tout en restant pratiques et robustes. En tant que tel, les chercheurs ont utilisé du parylène, un polymère flexible classique (un matériau ressemblant à du film alimentaire – mais dix fois plus minces – souvent utilisés pour protéger les circuits électroniques et les dispositifs biomédicaux) pour aussi bien que le substrat que le revêtement, et du DBP (dibutyl phtalate, un matériau organique et un plastifiant couramment utilisé), en tant que principale couche absorbante de la lumière.
Contrairement à d’autres procédés de production de cellules solaires, l’ensemble du procédé est effectué à température ambiante sans l’utilisation d’aucun solvant. Le substrat et la cellule sont réalisés simplement en utilisant des procédés de dépôt en phase vapeur standard dans une chambre à vide.
«Nous avons mis notre transporteur dans un système sous vide, puis on dépose tout le reste sur le dessus de celui-ci, puis on pèle le tout», a déclaré la chercheure du MIT, Annie Wang.
L’aspect le plus important dans la fabrication de ces nouvelles cellules solaires, selon le professeur Bulović, est dans la production à la fois de la couche de support (le substrat) et du revêtement supérieur de protection en même temps, scellant ainsi la couche photovoltaïque fragile de dommages pouvant intervenir au début du processus de fabrication.
De cette façon, les dangers de la déchirure sont minimisés parce que les cellules ne nécessitent qu’une seule manipulation pour la fabrication, et l’exposition à des contaminants ou des particules étrangères qui peuvent réduire le rendement de la cellule est pratiquement éliminée.
« L’étape novatrice est la réalisation que vous pouvez développer le substrat en même temps que vous faites croître le dispositif », a déclaré le professeur Bulović.
Bien que l’équipe reconnaisse que les matériaux utilisés dans le prototype ne sont pas sélectionnés pour leur aptitude continue pour une production future, mais simplement pour valider l’hypothèse, il est l’épreuve de la fabrication du substrat et le procédé de revêtement, le tout en une seule étape est le facteur le plus important. Par conséquent, les chercheurs pensent que d’autres matériaux, tels que des points quantiques ou des pérovskites, pourraient facilement remplacer les composés organiques utilisés pour la fabrication du prototype.
Le travail en est encore à ses premiers stades, et il n’y a aucune garantie pour produire un dispositif commercial, mais l’équipe est convaincue que leur prototype initial montre beaucoup de promesses pour un grand nombre d’applications nouvelles et innovantes en termes d’énergie solaire dans l’avenir.
http://news.mit.edu/2016/ultrathin-flexible-solar-cells-0226
