INNOVATION. Optimisation des capteurs solaires, réduction de la quantité de matériaux utilisés, hybridation des solutions… L'Ecole Polytechnique s'intéresse aux technologies du solaire via le programme interdisciplinaire Trend-X. Petit aperçu de ce qui attend les industriels dans les années qui viennent.
"Nous avons une mission de recherche, de production de connaissances scientifiques du plus haut niveau. Car l'innovation est le moteur de la prospérité", rappelle Jacques Biot, le président de l'Ecole Polytechnique. L'X a donc lancé des initiatives interdisciplinaires, impliquant plusieurs équipes de laboratoires différents, qui offrent une multitude de points de vue sur un sujet donné. Et la transition énergétique fait partie de ces sujets de recherche fondamentale. Benoît Deveaud, le directeur adjoint de l'enseignement et de la recherche confirme : "Nous avons 22 laboratoires et bientôt 23. Il sera dédié au photovoltaïque".
Ses travaux alimenteront notamment le programme "Trend-X" qui concerne déjà une trentaine de chercheurs et autant d'étudiants, qui planchent sur l'optimisation d'un micro-réseau électrique alimenté par des renouvelables. Tous les angles sont abordés - sciences économiques, matériaux, mathématique-informatique, climatologie - afin de relever le défi de la révolution énergétique. Yvan Bonnassieux, sous-directeur du Laboratoire de Physique des Interfaces et des Couches minces (LPICM), travaille à "mieux capturer l'énergie solaire". Un triple objectif est fixé pour 2030 : parvenir à 30 % d'efficacité, réduire le coût à 0,30 €/watt et porter la durée de vie des capteurs à 30 ans. Le professeur indique plusieurs axes de travail : "Pour réduire la quantité de matière utilisée, il faut mieux piéger la lumière dans des chemins complexes. D'où le développement de forêts de nano-cellules très fines à base de nano-fils de silicium". La technologie employée, de dépôt chimique en phase vapeur assistée par plasma (PECVD), se fait à faible température (232 °C) et se révèle économique.
Les pistes d'avenir : pérovskites, organique et hybridation
Autre piste d'innovation, la superposition de couches de cellules solaires optimisées pour chaque couleur du spectre solaire. "Pour l'instant nous utilisons deux couches superposées mais jusqu'à quatre peuvent être empilées. En combinant cette solution avec du solaire à concentration, on obtient des rendements qui dépassent les 40 %". Deux technologies différentes sont ici employées : les cellules poly-cristallines et celles en silicium amorphe, qui présentent des spectres d'absorption décalés et donc, complémentaires. Des travaux en ce sens sont menés avec Total. Yvan Bonnassieux poursuit : "Nous travaillons également, avec l'Institut photovoltaïque d'Île-de-France sur des capteurs pérovskites hybrides et silicium cristallin, pour obtenir une couche mince et peu chère". La problématique rencontrée avec les pérovskites reste leur durée de vie, extrêmement courte. Les scientifiques envisagent également, la photoproduction d'hydrogène directement à partir d'eau et de pérovskites, mais il ne s'agit plus de photovoltaïque et ces composants n'aiment… pas l'eau. "C'est un problème à résoudre", s'amuse l'enseignant-chercheur.
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Sur le photovoltaïque organique, en constante évolution, le spécialiste détaille : "Ce sont des matériaux innovants à base de polymères qui offrent la possibilité d'être imprimés par jet d'encre". Pour Yvan Bonnassieux, les cellules solaires sont avantageuses : elles présentent un très bas coût, une faible empreinte écologique et sont flexibles, à l'image du film Heliatek qui fait une incursion dans le bâtiment en France. Là aussi, l'expert attend de voir le vieillissement des premières installations en toiture. Il nous précise que les pertes de rendement observées étaient jusqu'ici de l'ordre de -20 % par an, là où le photovoltaïque classique ne diminue que de -0,5 % par an.
Les travaux menés dans le cadre de Trend-X conduiront les polytechniciens à mesurer, modéliser et optimiser la durée de vie de toutes les cellules solaires. Ils mèneront des tests en conditions réelles et utiliseront divers procédés de caractérisation du vieillissement dont la photoluminescence. D'ici quelques années, les taux de conversion auront encore progressé, tout comme les procédés de fabrication, amenant de nouvelles questions et de probables défis à surmonter. Les X n'ont pas fini de résoudre des équations…
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