Les cellules de Grätzel refont parler d’elles

Inspirées de la photosynthèse végétale, les cellules à pigment photosensible, appelées aussi cellules solaires à colorant, ont valu au professeur de chimie suisse Michael Grätzel de recevoir le grand prix du Millennium Technology Prize finlandais. Une distinction de plus pour cette technologie qui se pose comme une alternative à la technologie silicium.

Décerné tous les deux ans, le Millennium Technology Prize, trophée finlandais qui récompense les développeurs d’une innovation technologique qui améliore la qualité de vie de chacun, vient d’être attribué au suisse Michael Grätzel, professeur de chimie à l’Ecole polytechnique de Lausanne (EPFL) pour ses cellules à pigment photosensible appelées aussi cellules solaires à colorant, voire cellules de Grätzel (dye-sensitized solar cell, DSSc, DSC ou DYSC en anglais). Une invention qui lui a déjà valu le Millenium European innovation Prize (2000), le Faraday Medal de la Royal Society et le Dutch Havinga Award (2001), le McKinsey Venture Awards (1998 et 2002), l’Italgas Prize (2004), le Gerischer Prize (2005) et le Prix Balzan (2009). » L’énergie solaire s’est traditionnellement heurtée au problème du coût, qui restreint son utilisation. Les cellules Grätzel offrent un moyen de plus en plus avantageux de tirer partie de l’énergie solaire pour la mettre au service de l’Homme. L’innovation due au professeur Michael Grätzel sélectionnée par le Conseil d’administration de la Technology Academy Finland, sur recommandation du Comité international de sélection, jouera vraisemblablement un rôle important dans les applications liées à l’énergie renouvelable. Elle favorisera, par conséquent, la promotion du développement durable « , déclare Ainomaija Haarla, directrice générale de la fondation Technology Academy Finland.Le rapport performance / coût des cellules solaires à colorants mises au point par Michael Grätzel est en effet excellent : cette technologie photoélectrochimique inspiré de la photosynthèse végétale apparaît comme une alternative prometteuse à la technologie dominante des panneaux solaires au silicium, car elle fait intervenir des matériaux bon marché mis en œuvre avec des technologies relativement simples.

Le principe de fonctionnement de ces cellules

La première cellule nano-cristallines à pigment photosensible, démontrée à l’EPFL par Michael Grätzel, utilisait une paroi supérieure en oxyde d’étain dopé au fluor SnO2-F qui est un matériau à la fois transparent et conducteur d’électricité. Sur la face intérieure de cette paroi, se trouvait de l’oxyde de titane TiO2 pulvérulent semi-conducteur, dont la surface était imprégnée de polypyridine au ruthénium comme pigment photosensible et d’un électrolyte iodure/triiodure baignant l’ensemble en assurant la conduction avec la paroi inférieure de la cellule qui fermait le circuit. L’astuce principale de la cellule provient de la texture du semi-conducteur : avec une surface plane, ce procédé pourrait au mieux récupérer environ 1 % d’énergie solaire alors que, dans la cellule réalisée, le TiO2 a une extrême rugosité qui permet de multiplier la surface en contact avec le colorant et l’électrolyte par environ 800.Cette technologie qui fait l’objet d’études et d’améliorations dans divers laboratoires en entreprises, notamment au niveau de la stabilité de l’électrolyte et de la durée de vie, présenterait plusieurs avantages :

contrairement aux panneaux à silicium, dont l’efficacité diminue lorsque la température augmente fortement, l’efficacité des cellules est indépendante de la température ;
en choisissant les différents composants, il est possible de créer des cellules transparentes, qui ouvrent la voie à de nombreuses applications ;
comme l’énergie solaire peut être captée par les deux faces, il devient possible d’utiliser ces cellules dans un environnement de faible luminosité ou de luminosité diffuse ;
en raison de leur transparence et de leur efficacité en faible luminosité, ces cellules pourront être insérées dans des menuiseries (fenêtres, portes, lumière zénithale, …), ou sur des éléments (toitures, bardages, parois, …). Par ailleurs, en choisissant la couleur du colorant, il est possible de modifier les coloris des cellules ;
plusieurs couches transparentes peuvent être superposées, ce qui augmentera l’efficacité des cellules (un panneau ainsi constitué atteindrait une efficacité de 20 à 30 %) ;
d’un faible encombrement, un panneau de cellule peut être miniaturisée. Ainsi, certaines cellules expérimentales sont composées de trois couches de 0,4 mm d’épaisseur.

A l’avenir se profilent donc de nombreux produits basés sur l’innovation due à Grätzel, comme les fenêtres génératrices d’énergie et des panneaux solaires considérablement moins coûteux que les panneaux actuels. Les tous premiers produits basés sur les cellules Grätzel ont d’ailleurs déjà fait leur apparition sur le marché.Par Marc Chabreuil