Grâce à deux technologies développées par le professeur Benoit Marsan et son équipe du département de chimie de l'Université du Québec à Montréal (UQAM), l'avenir scientifique et commercial des cellules solaires pourrait être totalement transformé. Le professeur Marsan a proposé des solutions à deux problèmes qui, depuis vingt ans, ont entravé le développement de cellules solaires efficaces et abordables.

Ses découvertes ont été publiées dans deux revues scientifiques prestigieuses, les Journal de l'American Chemical Society ( JACS ) et Chimie de la nature .

Le potentiel inexploité de l'énergie solaire

La Terre reçoit plus d'énergie solaire en une heure que la planète entière n'en consomme actuellement en un an ! Malheureusement, malgré cet énorme potentiel, l'énergie solaire est à peine exploitée. L'électricité produite par les cellules solaires conventionnelles, composé de matériaux semi-conducteurs comme le silicium, est 5 ou 6 fois plus cher que les sources d'énergie traditionnelles, comme les combustibles fossiles ou l'hydroélectricité. Au cours des années, de nombreuses équipes de recherche ont tenté de développer une cellule solaire qui serait à la fois efficace en termes d'énergie et peu coûteuse à produire.

Cellules solaires à colorant

L'une des cellules solaires les plus prometteuses a été conçue au début des années 90 par le professeur Michael Graetzel de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse. Basé sur le principe de la photosynthèse - le processus biochimique par lequel les plantes convertissent l'énergie lumineuse en glucides (sucre, leur nourriture) - la cellule solaire Graetzel est composée d'une couche poreuse de nanoparticules d'un pigment blanc, le dioxyde de titane, recouvert d'un colorant moléculaire qui absorbe la lumière du soleil, comme la chlorophylle dans les feuilles vertes. Le dioxyde de titane enrobé de pigment est immergé dans une solution d'électrolyte, et un catalyseur à base de platine complète l'ensemble.

Comme dans une pile électrochimique conventionnelle (telle qu'une pile alcaline), deux électrodes (l'anode en dioxyde de titane et la cathode en platine dans la cellule de Graetzel) sont placées de part et d'autre d'un conducteur liquide (l'électrolyte). La lumière du soleil traverse la cathode et l'électrolyte, puis retire des électrons de l'anode en dioxyde de titane, un semi-conducteur au fond de la cellule. Ces électrons voyagent à travers un fil de l'anode à la cathode, créer un courant électrique. De cette façon, l'énergie du soleil est convertie en électricité.

La plupart des matériaux utilisés pour fabriquer cette cellule sont à faible coût, facile à fabriquer et flexible, leur permettant de s'intégrer dans une grande variété d'objets et de matériaux. En théorie, la cellule solaire Graetzel offre d'énormes possibilités. Malheureusement, malgré l'excellence du concept, ce type de cellule présente deux problèmes majeurs qui ont empêché sa commercialisation à grande échelle :

• L'électrolyte est :a) extrêmement corrosif, entraînant un manque de durabilité; b) densément coloré, empêcher le passage efficace de la lumière; et c) limite la tension photovoltaïque du dispositif à 0,7 volt.
  
• La cathode est recouverte de platine, un matériau qui coûte cher, non transparent et rare.

Malgré de nombreuses tentatives, jusqu'à la récente contribution du professeur Marsan, personne n'avait pu trouver une solution satisfaisante à ces problèmes.

Les solutions du professeur Marsan

Le professeur Marsan et son équipe travaillent depuis plusieurs années à la conception d'une cellule solaire électrochimique. Son travail a impliqué de nouvelles technologies, pour laquelle il a reçu de nombreux brevets. En considérant les problèmes de la cellule développés par son collègue suisse, Le professeur Marsan s'est rendu compte que deux des technologies développées pour la cellule électrochimique pouvaient également être appliquées à la cellule solaire Graetzel, Plus précisément:

• Pour l'électrolyte, des molécules entièrement nouvelles ont été créées au laboratoire dont la concentration a été augmentée grâce à la contribution du professeur Livain Breau, également du département de chimie. Le liquide ou gel résultant est transparent et non corrosif et peut augmenter la tension photovoltaïque, améliorant ainsi le rendement et la stabilité de la cellule.
  
• Pour la cathode, le platine peut être remplacé par du sulfure de cobalt, ce qui est bien moins cher. C'est aussi plus efficace, plus stable et plus facile à produire en laboratoire.

Immédiatement après leur publication dans JACS et Chimie de la nature , Les propositions du professeur Marsan ont été accueillies avec enthousiasme par la communauté scientifique. Beaucoup considèrent sa contribution comme une percée majeure dans la recherche sur la production de cellules solaires à faible coût et efficaces.