Photovoltaïque organique : des modules semi-transparents produits par un procédé industrialisable

Des chercheurs de l’université de Fribourg et du Fraunhofer ISE ont réalisé des modules photovoltaïques organiques de 14,5 sur 14,5 centimètres affichant une transparence moyenne de 43,2% dans le visible pour un rendement atteignant 9,26%. L’intérêt tient moins aux performances qu’au procédé : toutes les couches des cellules ont été déposées par des méthodes déjà éprouvées en production et transposables à de grandes surfaces.

Le photovoltaïque organique se distingue par sa flexibilité, sa transparence et son bilan environnemental. Sa transparence dépendant de la longueur d’onde en fait une candidate pour les vitrages, mais le passage du laboratoire à l’industrie reste l’obstacle principal : les procédés qui donnent de bons résultats sur de petites cellules assemblées à la main ne fonctionnent pas toujours sur de grandes surfaces.

« La montée en surface est l’un des grands défis du photovoltaïque organique. Avoir réussi pour la première fois à déposer toutes les couches des cellules solaires par un procédé d’enduction par filière à fente transposable à l’industrie, et pratiquement sans pertes, est pour nous une avancée majeure », explique Uli Würfel, responsable du département photovoltaïque organique et pérovskite du Fraunhofer ISE.

Les électrodes arrière ont été déposées par pulvérisation cathodique, autre procédé industriel établi, sur un substrat de verre. Chaque module de 210,25 cm² réunit plus de 100 cellules interconnectées par structuration laser, composées d’une électrode arrière réfléchissante dans le proche infrarouge, d’une couche absorbante en semi-conducteurs organiques et d’une électrode supérieure sans métal en PEDOT:PSS, pour laquelle l’entreprise Heraeus Epurio a mis au point une formulation ayant contribué à la transparence obtenue. Les résultats ont été publiés début août dans la revue Joule.

Un compromis entre transparence et rendement, mesuré par la LUE

Le développement du photovoltaïque organique semi-transparent impose un arbitrage entre la lumière laissée passer et la perte de rendement qui en découle, mesuré par l’efficacité d’utilisation de la lumière (light utilization efficiency, LUE). Avec 43,2% de transmission moyenne dans le visible et jusqu’à 9,26% de rendement, les modules atteignent une LUE de 4,0%. Des modules dépassant nettement 50% de transmission pourraient remplacer des vitrages en façade ou en serre, tandis qu’une transparence plus faible reste un avantage là où un verre teinté est recherché, sur un toit de voiture ou un élément de façade.

« Maintenant que nous maîtrisons le procédé de fabrication, nous sommes optimistes sur notre capacité à augmenter encore nettement la transparence sans dégrader le rendement », ajoute Uli Würfel.

L’enduction par filière à fente étant compatible avec les procédés rouleau à rouleau, elle ouvre la voie à des modules sur film souple. « Dans le cadre du projet, nous avons déjà fabriqué de premiers modules photovoltaïques organiques flexibles qui, après 1274 cycles de flexion autour d’une tige de 15 millimètres de diamètre, conservaient 100% de leur rendement initial », indique Mathias List, collaborateur scientifique du même département. Les films ont été fournis par Rowo Coating, et la prochaine étape consiste à porter ces modules souples à de plus grandes surfaces.

Ces travaux s’inscrivent dans le projet Durchblick-PV, consacré au développement de modules solaires organiques à haute transparence visuelle, soutenu par le ministère fédéral allemand de l’Économie et associant Heraeus Epurio, Rowo Coating, ASCA et l’université de Fribourg. Le Fraunhofer ISE, institut de recherche sur les systèmes énergétiques solaires établi à Fribourg-en-Brisgau, est l’un des plus grands centres de recherche solaire au monde.

© Fraunhofer ISE