L'énergie solaire a connu une popularité fulgurante au cours des dix dernières années, avec une prévalence augmentant d'environ 40% chaque année. Il représente actuellement environ 1% des dépenses énergétiques mondiales totales.
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Mais la technologie reste chère. Même si le prix des panneaux solaires a baissé, le coût d'installation reste élevé - jusqu'à 80% du coût d'achat des panneaux solaires provient de l'installation elle-même, ce qui implique la fixation de panneaux lourds sur des surfaces souvent inclinées comme les toits.
Le professeur Vladimir Bulović et ses collègues du MIT, Joel Jean et Annie Wang, souhaitaient faire face à ce coût d’installation élevé et à d’autres problèmes lorsqu'ils ont décidé de fabriquer une cellule solaire ultra-légère.
«Si l'on pouvait fabriquer [une cellule solaire] très légère, on pourrait en principe fabriquer une très grande cellule solaire qui pourrait être déroulée sur le toit de quelqu'un ou dans un champ», explique Bulović. "Ensuite, l'installation peut être aussi simple que d'agrafer le panneau déroulé sur le toit."
Bulović et son équipe ont fait le premier pas vers cet objectif. Ils ont créé une cellule solaire si légère qu’elle peut littéralement s’asseoir sur une bulle de savon sans la faire éclater. C'est seulement 2, 3 microns d'épaisseur, ou 1 / 30ème à 1 / 50ème de l'épaisseur d'un cheveu humain. Elle est si mince qu'elle pourrait en théorie être utilisée sur presque toutes les surfaces, même les plus délicates - ballons, vêtements, papier et peau humaine.
L'équipe savait que la clé de la cellule solaire ultra-légère consisterait à remplacer un substrat lourd - le matériau, généralement le verre, sur lequel les couches de cellules solaires sont formées - par un substrat plus léger. Ils devraient également utiliser un processus à température ambiante pour créer les cellules solaires, car le processus à haute température utilisé pour créer des cellules solaires classiques ferait fondre ou endommager des substrats plus légers.
Le matériel sur lequel l’équipe a finalement opté pour la preuve de concept était du parylène, un polymère flexible similaire à celui de Saran, mais beaucoup plus fin. Travaillant sur une plaque de verre, ils déposèrent une très fine couche de matériau de cellules solaires sur le parylène dans une chambre à vide, puis le scellèrent avec une autre couche de parylène. Ils ont ensuite pelé le sandwich de cellules solaires du verre.
La cellule solaire ultra-légère obtenue peut générer 6 watts de puissance par gramme, soit environ 400 fois plus que sa contrepartie conventionnelle. Le nouveau processus est détaillé dans la revue Organic Electronics.
La prochaine étape consistera à déterminer comment fabriquer les cellules solaires ultra-légères en plus grande quantité. La méthode utilisée pour déposer le matériau de la cellule solaire sur le substrat est actuellement très lente et devra être accélérée pour produire efficacement de plus grandes cellules solaires ultra-légères. L’équipe devra également tester sur route différents substrats pour leur solidité et leur durabilité.
"Nous devrions prouver qu'il peut fonctionner régulièrement pendant quelques années, au besoin pour les applications portables", a déclaré Bulović.
Les cellules solaires ultra-légères pourraient être utiles dans les zones où le poids est de la plus haute importance, comme les navettes spatiales. Ils pourraient être utilisés pour alimenter des appareils ménagers ordinaires (papier tactile électronique, pavés tactiles, capteurs) sans ajouter de poids ni d'encombrement. Elles pourraient aussi éventuellement être combinées à une autre innovation de Bulović, les cellules solaires transparentes, pour créer une source d'énergie presque invisible sur presque toutes les surfaces.
«Notre objectif est de réinventer ce qu'est une cellule solaire et de réinventer la technologie solaire qui peut être déployée», a déclaré Bulović.
L'ingénieur estime qu'il faudra environ une décennie avant que la technologie de son équipe soit généralisée.
«Pour passer de cette structure à une structure plus grande, nous pouvons certainement envisager ce qu'il faudrait pour y parvenir», dit-il. «Il n'y a pas un nombre important d'inconnues. Les tâches qui nous attendent devraient être conquis.
