Innovation : vers des panneaux solaires ultra-fins et flexibles ?

publié le 19/07/2023 à 14h45 | mis à jour le 19/07/2023 à 14h45 | par Johann Sonneck

Des chercheurs américains mettent au point des panneaux solaires ultra-fins

Sera-t-il possible un jour de porter des vêtements recouverts d’un panneau solaire ? Cette question, qui peut paraître absurde ou loufoque à première vue, n’est pas si idiote que ça. Des chercheurs américains du MIT de Boston, le Massachusetts Institute of Technology, travaillent actuellement sur le sujet.

Il y a quelques mois, en fin d’année 2022, ils ont même réussi à faire un pas essentiel pour donner naissance à cette innovation. Comment ? En développant des cellules photovoltaïques qui sont à la fois :

• flexibles ;
• ultra-fines, moins épaisses qu’un cheveu humain ;
• attachées à un tissu ultra-léger, qui peut se coller sur « tous types de surfaces ».

Voilà les informations qui figurent dans leur étude publiée dans la revue scientifique Small Methods, le 9 décembre 2022. Elle est intitulée « Modules photovoltaïques organiques imprimés sur des substrats ultra-minces transférables en tant que sources d’alimentation additives ». Ses trois auteurs sont les scientifiques Mayuran Saravanapavanantham, Jeremiah Mwaura et Vladimir Bulović.

Ces derniers expliquent que les cellules innovantes qu’ils ont créées ont un poids équivalent à un centième de celui des panneaux photovoltaïques classiques. Les autres avantages impressionnants de ces panneaux solaires ultra-fins sont qu’ils :

• sont très résistants à la torsion. D’après l’étude, ils peuvent être enroulés et déroulés plus de 500 fois tout en conservant 90 % de leur capacité maximale de production d’énergie ;
• génèrent une puissance de 370 watts par kilogramme (W/kg). Cette capacité de production d’énergie solaire est en fait 18 fois plus élevée qu’un panneau classique.

Mayuran Saravanapavanantham explique que « dans le Massachusetts, une installation solaire typique sur un toit génère environ 8 000 watts. Pour produire la même quantité d’énergie, nos cellules photovoltaïques en tissu n’ajouteraient qu’environ 20 kg au toit d’une maison ».

Vladimir Bulović est l’auteur principal de l’étude. Il occupe aussi la fonction de directeur du Laboratoire d’électronique organique et nanostructurée (ONE Lab) du MIT. Cité dans un communiqué de l’institut de recherche, il a précisé la démarche qui a guidé ces travaux. « Les critères utilisés pour évaluer une nouvelle technologie de cellules photovoltaïques se limitent généralement à leur efficacité en termes de conversion de puissance, et à leur coût en dollars par watt », explique-t-il. Cependant, pour lui, « l’intégrabilité – la facilité avec laquelle la nouvelle technologie peut être adaptée – est tout aussi importante. Il a également précisé que « les tissus solaires légers permettent cette intégrabilité, ce qui a donné l’impulsion aux travaux actuels ».

Grâce aux nanotechnologies, « n’importe quelle surface » transformée en source d’énergie à l’avenir ?

Concrètement, comment ont été mis au point ces panneaux solaires ultra-fins ? En réalité, cette innovation a été rendue possible par le recours aux nanotechnologies. Il s’agit de l’ensemble des techniques qui permettent de :

• fabriquer ;
• manipuler ;
• et caractériser la matière au niveau nanométrique, c’est-à-dire à l’échelle du milliardième de mètre.

Le procédé utilisé pour fabriquer ces cellules photovoltaïques ressemble, tout simplement, à une espèce d’imprimante. On y a « juste » remplacé :

• l’encre classique par de l’encre « électronique » ou « semi-conductrice ». C’est un matériau isolant, mais qui peut malgré tout conduire l’électricité sous certaines conditions ;
• la feuille de papier par un substrat duquel l’encre sera ensuite décollée avec précaution.

Au cours du processus de fabrication, la technique de la sérigraphie est utilisée pour ajouter une électrode à la structure, qui recueille l’énergie générée. La sérigraphie est en fait la même méthode à laquelle on recourt afin d’imprimer des motifs sur des t-shirts. Dernière étape : le tout est enfin collé sur un tissu nommé le « Dyneema ».

N’étant épaisse que de 13 grammes par mètre, cette matière offre l’avantage d’être à la fois fine et très résistante. En fait, le Dyneema « est composé de fibres si résistantes qu’elles ont été utilisées comme cordes pour sortir le paquebot de croisière Costa Concordia du fond de la Méditerranée », indique le communiqué du MIT. Ce navire, qui a coulé en 2012, avait été remonté à la surface en 2014. En tout cas, ce sont ces caractéristiques de finesse et de solidité du Dyneema qui évitent ensuite le risque de déchirure de la cellule photovoltaïque.

Maintenant, une autre question se pose : quelles utilisations et applications concrètes sont imaginées par les chercheurs du MIT ? Le communiqué publié révèle qu’il s’agit de « cellules solaires en tissu ultraléger qui peuvent rapidement et facilement transformer n’importe quelle surface en source d’énergie ».

Cette rapidité et cette facilité de déploiement expliquent que les auteurs envisagent notamment :

• d’intégrer ces panneaux solaires ultra-fins aux voiles d’un bateau pour fournir de l’énergie renouvelable en pleine mer ;
• de les coller sur des tentes ou des bâches de protection utilisées au cours d’opérations déployées après des catastrophes ;
• d’en tapisser les ailes des drones. L’intérêt : leur permettre d’étendre leur champ d’action.

Une nouvelle technologie encore expérimentale qui doit être perfectionnée

Toutefois, la mise en pratique des panneaux solaires ultra-fins ne se fera pas encore dans l’immédiat. En effet, les chercheurs du MIT doivent désormais poursuivre leurs travaux pour résoudre un problème de taille : leur résistance face aux intempéries.

C’est là l’obstacle principal auquel se heurte le fonctionnement efficace de cette innovation. En effet, le carbone est l’élément de base de l’encre électronique utilisée. De ce fait, celle-ci peut être abîmée par l’humidité et l’oxygène de l’air. En conséquence, le système perdrait alors de son efficacité et n’est donc pas utilisable en l’état.

Par conséquent, l’objectif est de trouver une solution afin de protéger cette « feuille solaire ». L’utilisation d’un cadre en aluminium, lourd et épais comme celui des panneaux photovoltaïques classiques, est exclue. « Cela minimiserait la valeur de l’avancée actuelle », explique effectivement Jeremiah Mwaura. Pour ne pas perdre le bénéfice de cette innovation, sa protection doit prendre la forme de « solutions d’emballage », par exemple une enveloppe qui puisse être :

• flexible ;
• fine ;
• et légère.

« Nous nous efforçons d’accélérer l’adoption de l’énergie solaire, compte tenu de l’urgence actuelle de déployer de nouvelles sources d’énergie sans carbone », a affirmé Vladimir Bulović. Si elle demeure au stade expérimental, cette nouvelle source de production d’énergie va en tout cas dans le sens de la nécessaire transition écologique. Les panneaux solaires ultra-fins feront peut-être bientôt partie des énergies de demain, permettant de sauvegarder notre environnement.

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