Le photovoltaïque : principes et filières inorganiques, organiques, hybrides

À ce jour, l’unique vecteur intarissable et éco-compatible est le soleil, qui, grâce à son rayonnement, fournit 178 000 TW. Cependant, la difficulté majeure, comme évoquée durant ce cours, reste de convertir cette énergie de manière efficace et à bas coût. Différentes stratégies de recherche prometteuses sur la conversion de l’énergie solaire sont actuellement poursuivies et consistent, entre autres, à transformer l’énergie solaire en différents vecteurs que sont i) les bio-combustibles obtenus par la photosynthèse naturelle ou par la photosynthèse artificielle, ii) l’hydrogène par des réactions de photo-catalyse et iii) l’électricité par la conversion photovoltaïque. C’est ce dernier axe que nous avons développé sachant que nos besoins énergétiques pourraient être aujourd’hui satisfaits en couvrant 0,1 % de la surface totale de la terre par des panneaux solaires ayant un rendement de conversion de 10 %. Cette voie photovoltaïque reste cependant un challenge colossal malgré les nombreuses filières de cellules photovoltaïques existantes (inorganiques, organiques ou à colorants) que nous avons décrites en en rappelant les principes de fonctionnement et les rendements. Les cellules inorganiques et organiques de rendement respectif de 20 et 8 % fonctionnent par l’absorption d’un photon par un semi-conducteur pour créer une paire électron-trou qui est dissociée à la jonction pn pour générer de l’électricité alors que pour les cellules à colorants, qui copient la photosynthèse végétale, la création d’électrons et de trous est générée par l’absorption de lumière par un colorant pigmenté (l’équivalent de la chlorophylle dans les plantes). Les évolutions de ces différentes technologies avec notamment 1) le développement d’hétérostructures, de cellules bipolaires ou de concentration permettant d’atteindre des rendements de 40 %, ou 2) des cellules à colorant, ou organiques, par le développement de nouveaux pigments ou reposant sur des couples accepteurs-donneurs de molécules organiques judicieusement choisis, ont été passées en revue.