Si la production d’énergie solaire nécessite encore à ce jour des installations coûteuses au rendement limité, améliorer son efficacité tout en réduisant son coût d’exploitation constitue l’un des grands défis à venir de la recherche en matière d’énergies renouvelables. Des chercheurs de l’université suédoise de Lund ont mis au point un nouveau colorant à base de fer permettant de garantir une efficacité équivalente aux cellules solaires traditionnelles tout en réduisant leur coût de production. Une innovation dont le développement pourrait conduire à des cellules photovoltaïques beaucoup moins chères et donc beaucoup plus rentables.

Un coût réduit pour un efficacité équivalente

Selon une étude publiée dans la revue scientifique Nature Chemistry, des chercheurs de l’université de Lund (Suède) auraient trouvé le moyen de réduire le coût de production des cellules solaires de manière significative.

Les cellules solaires sont généralement composées d’un colorant à base de métal tel que le ruthénium. Cet élément déterminant permet d’assurer la conversion de l’énergie solaire en électrons indispensables pour la production d’électricité. Problème : il est également très rare et donc assez cher, augmentant ainsi considérablement le coût de production des cellules.

Comme l’explique Villy Sundström, professeur de physique/chimie à l’université de Lund, “beaucoup de chercheurs ont essayé de remplacer le ruthénium avec du fer, mais sans succès. Toutes les tentatives précédentes ont donné lieu à des molécules qui convertissent l’énergie de la lumière en chaleur au lieu d’électrons, des particules élémentaires nécessaires pour produire de l’électricité”.

L’ambition des chercheurs du département de chimie de Lund était donc de mettre au point un nouveau colorant répondant aux mêmes critères de conversion et d’efficacité pour un coût fortement réduit. Un objectif qu’ils pourraient bien avoir atteint en collaboration avec l’université d’Uppsala, via la création d’une cellule solaire associant un film mince nanostructuré en dioxyde de titane et un nouveau colorant à base de fer capable de convertir la lumière en électrons avec près de 92% d’efficacité, et d’une durée de vie équivalente à celui composé de ruthénium.

“Les résultats de l’étude suggèrent que les cellules solaires à base de ces matériaux peuvent être au moins aussi efficaces que celles d’aujourd’hui qui sont à base de ruthénium ou d’autres métaux rares”, ajoute Villy Sundström.

Des matériaux mieux adaptés à une production industrielle

A l’heure où l’urgence du changement climatique impose une refonte complète de nos systèmes de production électrique et le développement croissant des énergies renouvelables au dépend des combustibles fossiles, cette découverte présente donc un intérêt certain.

L’industrie solaire est vouée à jouer un rôle prépondérant dans les années à venir et devra trouver pour cela les moyens d’offrir une énergie à la fois renouvelable et bon marché, compatible avec les exigences de la production à grande échelle.

“L’avantage du fer reste qu’il demeure un élément commun de la nature. Des procédés à énergie solaire peu coûteux et respectueux de l’environnement pourraient être développés à l’avenir”, précise Kenneth Wärnmark, professeur de chimie organique à l’Université de Lund.

Cette découverte pourrait également faire avancer la recherche sur les combustibles solaires dans lesquels, comme dans la photosynthèse des plantes, de l’eau et du dioxyde de carbone sont transformés en molécules riches en énergie (en carburant solaire) grâce à l’apport de la lumière du soleil.

“Nous prévoyons que les nouvelles molécules à base de fer pourraient également conduire à des réactions chimiques qui produisent du carburant solaire”, a expliqué Kenneth Wärnmark.

Les chercheurs de l’université de Lund reconnaissent néanmoins qu’il reste encore de nombreuses étapes à franchir avant la concrétisation pratique et la commercialisation éventuelle d’un tel procédé.

Crédits photo : Andreas Troll