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Des cellules photovoltaïques à base de microalgues - Par : Hanen Hattab,

Des cellules photovoltaïques à base de microalgues


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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L’image d’en-tête provient de Wikipedia.org, source. Licence CC 3.0

Les diatomées sont des microalgues unicellulaires très prolifiques appelées bijoux des mers en raison de leurs propriétés optiques étonnantes. Des chercheurs ont exploré leurs mécanismes d’absorption de la lumière afin de les exploiter dans les technologies du photovoltaïque.

André Taylor, professeur associé en génie chimique et de l’environnement à la Yale School of Engineering and Applied Science dirige un groupe de recherche au sein du laboratoire Transformative Material and Devices afin d’optimiser le rendement de cellules photovoltaïques organiques en s’inspirant de la nature. Son équipe a publié le 9 septembre 2017, les résultats de ses recherches dans un article intitulé « Light-Trapping in Polymer Solar Cells by Processing with Nanostructured Diatomaceous Earth » dans la revue Organic Electronics. L’étude a été coécrite par Lyndsey McMillon-Brown, Marina Mariano, YunHui L. Lin, Jinyang Li, Sara M. Hashmi, Andrey Semichaevsky, Barry P. Rand et André D. Taylor.

Les diatomées sont des organismes qu’on peut trouver dans tous les milieux aquatiques ainsi que dans les écorces d’arbres. Ces algues possèdent un squelette en silice nanostructuré qui leur permet de capter et de distribuer la lumière dans le processus de photosynthèse. Cette caractéristique a été étudiée par l’équipe afin de réaliser des cellules photovoltaïques organiques.

Les caractéristiques techniques, le fonctionnement et les avantages des cellules photovoltaïques organiques

L’efficience de ces nouvelles cellules photovoltaïques réside dans leur flexibilité, leur résistance et leur coût. Elles possèdent une structure particulière et sont constituées d’au moins une couche active à base de molécules organiques. Ce type de couches très mince mesure entre 100 et 300 nanomètres, ce qui limite leur capacité de convertir la lumière en électricité.

L’objectif de l’équipe de Yale a été d’optimiser le dispositif en améliorant l’efficacité de la couche active. Il existe déjà des solutions qui permettent d’améliorer le rendement de cette couche. Elles consistent à incorporer des nanostructures qui emprisonnent et diffusent la lumière pour améliorer les niveaux d’absorption. Toutefois, ces approches sont trop coûteuses pour la production à grande échelle.

Des cellules photovoltaïques à base de diatomées fossilisées

L’équipe a adopté la biomimétique comme méthode de recherche de concepts. Les chercheurs ont ainsi étudié les organismes et les phénomènes naturels qui ont une très bonne capacité d’absorption et de distribution spatiale de la lumière. La capacité des squelettes de diatomées à absorber la lumière a été optimisée grâce à des milliards d’années d’évolution adaptative. Étant le type le plus commun de phytoplancton trouvé dans la nature, elles sont peu coûteuses et peuvent être récoltées partout dans le monde.

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L’équipe de recherche de Taylor, qui comprend notamment des collaborateurs de la NASA, de l’Université de Princeton et de l’Université Lincoln, a réalisé la couche active de la cellule solaire à partir de diatomées fossilisées. Elle a ainsi réussi à réduire la quantité de matériau nécessaire pour la fabrication de cette couche tout en améliorant ses propriétés électriques. Cette étude a permis de déterminer la concentration de la couche active en diatomées et la quantité nécessaire pour la réalisation des cellules photovoltaïques. La cellule conçue est composée de couches de poly (3-hexylthiophène) (P3HT), de dérivés de fullerène [6,6] et de phényl-C60-butyrique (PCBM).

Même si ces algues sont relativement grandes par rapport aux dimensions de la couche active, les chercheurs ont réussi à les incorporer dans la cellule en les broyant. Lyndsey McMillon-Brown, une doctorante qui a participé à cette étude, a souligné que cette étape n’a pas compliqué le processus de fabrication des cellules par rapport aux méthodes utilisées actuellement dans l’industrie. L’utilisation de ce matériau a permis la réduction de l’épaisseur de ce type de cellule photovoltaïque de 36 % et l’augmentation de son efficacité de 30 %. L’équipe a également montré qu’il était possible d’utiliser différentes espèces de diatomées et de les adapter aux dimensions requises. Ces créatures peuvent être également combinées aux meilleurs polymères donneurs-accepteurs d’électrons pour accroître leur performance.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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