Les films photovoltaïques transparents: une innovation solaire

Le film photovoltaïque transparent est une technologie innovante qui permet de générer de l’énergie solaire tout en conservant la transparence et la légèreté du matériau. Cela pourrait permettre des applications innovantes favorisant le développement des énergies renouvelables (ENR). Cette solution prometteuse est développée par différentes entreprises, dont Armor, qui commercialise un produit nommé ASCA. Cet article présente cette technologie, ses applications et les entreprises pionnières dans ce domaine.

Technologie des films photovoltaïques transparents

Le fonctionnement des films photovoltaïques transparents repose sur la technologie des cellules photovoltaïques organiques (OPV), qui utilise des matériaux organiques semi-conducteurs, contrairement aux cellules photovoltaïques traditionnelles à base de silicium. Ces matériaux organiques sont généralement des polymères ou des petites molécules qui peuvent être déposés en couches minces sur une variété de substrats, tels que du verre ou des films plastiques flexibles.

Le principe de base de la conversion de la lumière en électricité dans les OPV est similaire à celui des cellules photovoltaïques inorganiques. Lorsque la lumière du soleil frappe le matériau semi-conducteur organique, l’énergie lumineuse est absorbée et génère des paires d’électrons et de trous (excitons). Ces excitons migrent vers la zone de la jonction entre les matériaux donneurs et accepteurs, où ils se séparent pour former des charges libres. Les électrons se déplacent alors vers l’électrode négative, tandis que les trous se déplacent vers l’électrode positive, créant ainsi un courant électrique.

Les films photovoltaïques transparents ont généralement une structure en sandwich composée de plusieurs couches, dont :

1. Substrat : Cette couche sert de support et peut être constituée de matériaux flexibles ou rigides, tels que le verre ou le plastique.
2. Couche conductrice transparente : Cette couche assure la conductivité électrique tout en permettant à la lumière de traverser le film.
3. Couche active : Il s’agit du cœur du dispositif, où les matériaux organiques semi-conducteurs absorbent la lumière et génèrent des excitons.
4. Couche tampon : Cette couche facilite la séparation des charges et améliore l’efficacité de la cellule.
5. Électrode : L’électrode collecte les charges électriques séparées et les transfère au circuit externe.

L’un des principaux défis des films photovoltaïques transparents est d’optimiser la transparence tout en maintenant une efficacité énergétique acceptable. Les chercheurs explorent différentes approches pour améliorer les performances des OPV, notamment en développant de nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques, en optimisant les propriétés optiques et électriques des couches conductrices transparentes et en concevant des architectures de cellules plus performantes.

Avantages et inconvénients des films photovoltaïques transparents

Les films photovoltaïques transparents, basés sur la technologie des cellules photovoltaïques organiques (OPV), présentent plusieurs avantages et inconvénients par rapport aux cellules photovoltaïques traditionnelles, telles que celles à base de silicium.

Avantages

1. Légèreté et flexibilité : Les matériaux organiques utilisés dans les OPV permettent de créer des films légers et flexibles, ce qui facilite leur transport, leur installation et leur intégration dans diverses applications, telles que les fenêtres, les façades de bâtiments et les dispositifs électroniques portables.
2. Transparence : Les films photovoltaïques transparents peuvent être conçus pour laisser passer une grande partie de la lumière visible, permettant ainsi leur utilisation dans des applications où la transparence est essentielle, comme les vitrages de bâtiments ou les écrans de dispositifs électroniques.
3. Fabrication à basse température : Les OPV peuvent être fabriqués à des températures relativement basses, ce qui réduit les coûts énergétiques et les émissions de carbone associées à leur production.
4. Production en rouleaux : Les films photovoltaïques transparents peuvent être produits en rouleaux, ce qui permet une production à grande échelle et une réduction des coûts de fabrication.
5. Intégration esthétique : Les films photovoltaïques transparents peuvent être facilement intégrés à l’architecture et au design de bâtiments ou de produits, sans altérer leur apparence.

Inconvénients

1. Efficacité énergétique plus faible : Les OPV ont généralement une efficacité énergétique plus faible que les cellules photovoltaïques traditionnelles à base de silicium. Les recherches se poursuivent pour améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques organiques.
2. Durée de vie et stabilité : Les films photovoltaïques transparents ont une durée de vie plus courte que les panneaux photovoltaïques en silicium, en raison de la sensibilité des matériaux organiques à la dégradation par l’humidité, l’oxygène et la lumière du soleil. Des progrès sont réalisés pour améliorer la durabilité et la stabilité des films photovoltaïques transparents, notamment en développant de meilleures barrières d’étanchéité et en optimisant les matériaux organiques utilisés.
3. Coût : Bien que les coûts de production des OPV puissent être inférieurs à ceux des cellules photovoltaïques traditionnelles, les coûts actuels des films photovoltaïques transparents peuvent encore être relativement élevés en raison de l’échelle de production limitée et de la nécessité d’améliorer les matériaux et les procédés de fabrication.
4. Sensibilité à l’angle d’incidence : Les films photovoltaïques transparents peuvent être plus sensibles à l’angle d’incidence de la lumière du soleil que les cellules photovoltaïques traditionnelles, ce qui peut affecter leur performance en fonction de l’orientation et de l’emplacement de l’installation.

Projets, entreprises et produits

Entreprises et produits phares

Plusieurs entreprises et projets se sont engagés dans le développement et la commercialisation des films photovoltaïques transparents, principalement basés sur la technologie des cellules photovoltaïques organiques (OPV). Voici quelques-unes des entreprises et des projets notables dans ce domaine :

1. Armor Group (ASCA) : Armor Group est une entreprise française qui a développé des films photovoltaïques organiques flexibles et légers sous la marque ASCA. Leurs produits sont conçus pour être intégrés dans diverses applications, telles que les bâtiments, les véhicules et les dispositifs électroniques portables.
2. Heliatek est une entreprise allemande spécialisée dans la production de films photovoltaïques organiques transparents. Ils travaillent sur divers projets et partenariats pour intégrer leur technologie OPV dans les vitrages de bâtiments, les façades et les toitures.
3. SolarWindow Technologies (américaine) développe des films photovoltaïques transparents qui peuvent être appliqués sur des surfaces vitrées pour générer de l’électricité à partir de la lumière solaire. Leur technologie a pour but d’être utilisée principalement dans les bâtiments commerciaux et résidentiels.
4. Ubiquitous Energy est une entreprise américaine qui développe des films photovoltaïques transparents pour les applications de vitrages et d’écrans de dispositifs électroniques. Leur technologie, appelée ClearView Power, est conçue pour convertir la lumière solaire en électricité tout en laissant passer la lumière visible.
5. Onyx Solar est une entreprise espagnole spécialisée dans les solutions photovoltaïques intégrées dans les bâtiments (BIPV). Ils proposent des films photovoltaïques transparents pour les fenêtres, les toitures et les façades.

Projets notables

1. La ville de La Rochelle a collaboré avec Armor Group pour installer des films photovoltaïques transparents ASCA sur les abribus de la ville, transformant ainsi ces structures en sources d’énergie renouvelable. JCDecaux, leader mondial de la communication extérieure, travaille avec Armor pour intégrer des films solaires transparents dans ses abribus et panneaux publicitaires.
2. Google a investi dans la recherche et le développement de films photovoltaïques transparents pour les intégrer dans les vitrages des bâtiments de son campus en Californie.
3. Masar Printing, basée aux Émirats arabes unis, a intégré des films photovoltaïques transparents dans les vitrages de son siège, permettant ainsi d’économiser de l’énergie tout en offrant une protection solaire.

Challenges et enjeux futurs