Favoriser la transition écologique grâce à des cellules solaires

Michael Grätzel repousse les limites de la technologie de l'énergie solaire à l'École polytechnique fédérale de Lausanne, en Suisse, où il est professeur et directeur du Laboratoire de photonique et d'interfaces . En 2012, Grätzel a obtenu une subvention du CER pour améliorer l'efficacité des dispositifs de cellules solaires permettant de produire de l'électricité à partir de la lumière du soleil . Dans le cadre de ce projet, il a également mis au point un nouveau système permettant de produire des carburants, tels que l'hydrogène, à partir de la lumière du soleil et de l'eau.

L'inspiration de mon projet est en fait venue de l'observation de la nature", explique-t-il. Nous avons appris comment les feuilles vertes récoltent la lumière du soleil au cours de la photosynthèse naturelle". Il n'a pas voulu reproduire toutes les complexités du système naturel, mais s'est plutôt concentré sur le processus primaire au cours duquel la chlorophylle, le colorant naturel, génère des charges électriques à partir de la lumière du soleil, afin de pouvoir imiter la réaction de manière efficace et, finalement, plus fiable.

Une nouvelle génération d'énergie solaire

Au début du financement du CER, M. Grätzel et son laboratoire testaient deux types de structures de cellules solaires composées de différents composés chimiques : la cellule sensibilisée par un colorant (DSC) et la cellule solaire pérovskite (PSC). En fait, Grätzel avait déjà inventé la DSC en 1991, qui allait devenir la "mère" de la PSC en 2009. 

Grätzel a fait appel à un ensemble de chercheurs suisses et internationaux pour développer les molécules de colorant et procéder à l'"adaptation moléculaire" requise afin de produire une technologie DSC plus mature. Pour le PSC, il voulait faire progresser de nouvelles compositions et architectures, dans le but de développer des dispositifs de cellules solaires hautement efficaces, stables et peu coûteux.

Sans le soutien du CER, nous n'aurions pas eu la liberté ou la capacité de mener cette recherche créative.

Briser les records de conversion d'énergie

Grâce en partie aux travaux de M. Grätzel, l'efficacité du PSC est passée de 3 % en 2009 à près de 26 % aujourd'hui. Au cours des 8 à 9 dernières années, ces percées dans la recherche ont été documentées dans plus de 18 000 articles publiés.

Rétrospectivement, M. Grätzel souligne le fait que le soutien du CER est arrivé à un moment critique, à savoir au lendemain de la crise financière mondiale de 2007-2008. Grâce à ce soutien, "nous étions beaucoup plus forts en termes de compétitivité et nous avons reçu des conseils sur la manière de transformer nos inventions en applications pratiques", explique-t-il. La technologie qu'ils ont développée a donné lieu à plus de 50 brevets.

Notre DSC est désormais considéré comme la référence en matière de collecte de la lumière ambiante", ajoute-t-il. On le trouve dans les lecteurs électroniques, les casques, les smartphones et d'autres appareils électroniques commercialisés comme "électroniques éternels", c'est-à-dire des appareils alimentés par l'énergie solaire qui ne nécessitent pas le remplacement des piles. Bien que le déploiement commercial des PSC n'en soit qu'à ses débuts, les premiers résultats suggèrent qu'ils pourraient permettre d'obtenir des taux d'efficacité de conversion de l'énergie électrique encore plus élevés (dans des configurations en tandem pouvant atteindre 30 %).

Un avenir électronique durable

Avec la subvention du CER, M. Grätzel a cherché à contribuer à la technologie des cellules solaires actuellement sur le marché. En outre, il a pu mettre en avant une nouvelle génération de dispositifs de cellules solaires moléculaires qui ont atteint leur maturité commerciale. Il continue de travailler à l'amélioration de ces dispositifs et à l'exploration des caractéristiques complexes des PSC au niveau de la recherche fondamentale, afin de préparer leur déploiement à grande échelle dans le futur. 

Nous avons besoin de plus d'options photovoltaïques pour arrêter le changement climatique", dit-il. C'est là que je pense que nos dispositifs peuvent apporter un soutien aux technologies photovoltaïques existantes".

M. Grätzel ne se contente pas d'imaginer une nouvelle vague de technologies photovoltaïques. Dans mon bureau, j'ai un panneau photovoltaïque en verre qui peut fournir de l'électricité pour alimenter mon ordinateur de bureau. Il capte la lumière sous tous les angles !

Écouter le podcast ici : https://soundcloud.com/erc_research/how-the-erc-transformed-science-interview-with-michael-gratzel/s-BJo3ol4WVYj