Le potentiel de production d'énergie des panneaux solaires - et une limitation clé de leur utilisation - est le résultat de leur composition. Le prix des panneaux en silicium baisse de sorte que, dans certains endroits, ils peuvent fournir de l'électricité qui coûte à peu près le même prix que l'électricité produite à partir de combustibles fossiles comme le charbon et le gaz naturel. Mais les panneaux solaires en silicium sont aussi encombrants, rigide et cassant, ils ne peuvent donc pas être utilisés n'importe où.

Dans de nombreuses régions du monde qui n'ont pas d'électricité régulière, les panneaux solaires pourraient fournir une lumière de lecture après la tombée de la nuit et de l'énergie pour pomper de l'eau potable, aider à alimenter les petites entreprises familiales ou villageoises ou même servir des abris d'urgence et des campements de réfugiés. Mais la fragilité mécanique, la lourdeur et les difficultés de transport des panneaux solaires en silicium suggèrent que le silicium n'est peut-être pas idéal.

En s'appuyant sur le travail des autres, mon groupe de recherche travaille au développement de panneaux solaires flexibles, qui serait aussi efficace qu'un panneau de silicium, mais serait mince, léger et pliable. Ce genre d'appareil, que nous appelons une "bâche solaire, " pourrait s'étendre à la taille d'une pièce et produire de l'électricité à partir du soleil, et il pourrait être en boule pour avoir la taille d'un pamplemousse et fourré dans un sac à dos jusqu'à 1, 000 fois sans casser. Bien qu'il y ait eu des efforts pour rendre les cellules solaires organiques plus flexibles simplement en les rendant ultra-minces, une véritable durabilité nécessite une structure moléculaire qui rend les panneaux solaires extensibles et résistants.

Semi-conducteurs au silicium

Le silicium est dérivé du sable, ce qui le rend bon marché. Et la façon dont ses atomes s'entassent dans un matériau solide en fait un bon semi-conducteur, ce qui signifie que sa conductivité peut être activée et désactivée à l'aide de champs électriques ou de lumière. Parce que c'est bon marché et utile, le silicium est la base des puces électroniques et des circuits imprimés des ordinateurs, les téléphones portables et essentiellement tous les autres appareils électroniques, transmettre des signaux électriques d'un composant à un autre. Le silicium est également la clé de la plupart des panneaux solaires, car il peut convertir l'énergie de la lumière en charges positives et négatives. Ces charges s'écoulent vers les côtés opposés d'une cellule solaire et peuvent être utilisées comme une batterie.

Mais ses propriétés chimiques signifient également qu'il ne peut pas être transformé en électronique flexible. Le silicium n'absorbe pas la lumière très efficacement. Les photons peuvent traverser un panneau de silicium trop fin, ils doivent donc être assez épais - environ 100 micromètres, à peu près l'épaisseur d'un billet d'un dollar - afin qu'aucune lumière ne se perde.

Semi-conducteurs de nouvelle génération

Mais les chercheurs ont trouvé d'autres semi-conducteurs qui absorbent bien mieux la lumière. Un groupe de matériaux, appelés « pérovskites, " peut être utilisé pour fabriquer des cellules solaires presque aussi efficaces que celles en silicium, mais avec des couches absorbant la lumière qui sont un millième de l'épaisseur nécessaire avec du silicium. Par conséquent, les chercheurs travaillent sur la construction de cellules solaires à pérovskite qui peuvent alimenter de petits avions sans pilote et d'autres appareils où la réduction du poids est un facteur clé.

Le prix Nobel de chimie 2000 a été décerné aux chercheurs qui ont découvert pour la première fois qu'ils pouvaient fabriquer un autre type de semi-conducteur ultra-mince, appelé polymère semi-conducteur. Ce type de matériau est appelé « semi-conducteur organique » car il est à base de carbone, et on l'appelle un "polymère" car il se compose de longues chaînes de molécules organiques. Les semi-conducteurs organiques sont déjà utilisés commercialement, y compris dans l'industrie d'un milliard de dollars des écrans à diodes électroluminescentes organiques, mieux connus sous le nom de téléviseurs OLED.

Les semi-conducteurs polymères ne sont pas aussi efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité que les pérovskites ou le silicium, mais ils sont beaucoup plus flexibles et potentiellement extraordinairement durables. Les polymères réguliers – pas les semi-conducteurs – se retrouvent partout dans la vie quotidienne; ce sont les molécules qui composent le tissu, plastique et peinture. Les semi-conducteurs polymères ont le potentiel de combiner les propriétés électroniques de matériaux comme le silicium avec les propriétés physiques du plastique.

Le meilleur des deux mondes :efficacité et durabilité

Selon leur structure, les plastiques ont un large éventail de propriétés - y compris à la fois la flexibilité, comme avec une bâche; et la rigidité, comme les panneaux de carrosserie de certaines automobiles. Les polymères semi-conducteurs ont des structures moléculaires rigides, et beaucoup sont composés de minuscules cristaux. Ceux-ci sont essentiels à leurs propriétés électroniques mais ont tendance à les rendre cassants, ce qui n'est pas un attribut souhaitable pour les articles flexibles ou rigides.

Le travail de mon groupe s'est concentré sur l'identification des moyens de créer des matériaux avec à la fois de bonnes propriétés semi-conductrices et la durabilité pour laquelle les plastiques sont connus, qu'ils soient flexibles ou non. Ce sera la clé de mon idée d'une bâche ou d'une couverture solaire, mais pourrait également conduire à des matériaux de toiture, carrelages extérieurs ou peut-être même les surfaces des routes ou des parkings.

Ce travail sera essentiel pour exploiter la puissance de la lumière du soleil - parce que, après tout, la lumière du soleil qui frappe la Terre en une seule heure contient plus d'énergie que toute l'humanité n'en utilise en un an.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.