Le soleil reste à ce jour l’unique vecteur intarissable et écocompatible d’énergie ; cependant, la difficulté majeure reste de convertir cette énergie en électricité de manière efficace et à bas coût. La conversion photovoltaïque permet d’effectuer cette opération. Cette voie reste toutefois un challenge colossal malgré les nombreuses filières de cellules solaires existantes (inorganiques, organiques ou à colorants) que nous décrivons en en rappelant les principes de fonctionnement et les rendements. Les cellules inorganiques et organiques de rendements respectifs de 22 et 10 % 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. Les cellules à colorants, quant à elles, copient la photosynthèse végétale, c’est-à-dire que 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 colorants, 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. Le rêve pour de plus grands rendements peut être permis puisque des calculs théoriques indiquent que des rendements supérieurs à 85 % pourraient être obtenus.
Pour avancer dans cette direction, les chercheurs tentent aujourd’hui de jouer avec la taille des particules et de passer à l’échelle nanométrique, situation dans laquelle l’électron se comporte plus comme une onde que comme une particule « boîte quantique ». Parmi les nouveaux concepts poursuivis, le problème récurrent demeure le ralentissement de la vitesse de refroidissement des porteurs photoexcités. Des pistes consistent en leur collecte via la réduction de la vitesse de thermalisation des phonons, soit en récupérant de l’énergie thermique par création de plusieurs paires électrons-trou (excitons) soit par un couplage photovoltaïque-phononique (réduction de la vitesse de thermalisation des phonons). Ces progrès font que le coût de l’énergie photovoltaïque par kWh rejoindra celui du nucléaire vers les années 2030.
