« Ces dispositifs photovoltaïques transparents et incolores utilisent le même principe de que la photosynthèse : des pigments vont absorber la partie de la lumière non visible pour produire des charges », résume Frédéric Sauvage, directeur de recherche au laboratoire LRCS CNRS/Université Picardie Jules Verne.
Le projet Transition a reçu le 31 janvier 2023 le prix REV3 de la Résilience énergétique de la Région Hauts-de-France. Porté par Frédéric Sauvage, le projet explore et développe des dispositifs photovoltaïques incolores et transparents. Il a été initié par le réseau SATT et l’ADEME dans le cadre du plan France 2030 et a déjà été lauréat du premier AMI (Appel à manifestation d’intérêt) dédié à la résilience énergétique. Aujourd’hui en phase de maturation (échelle TRL 3), Frédéric Sauvage espère une comaturation avec un industriel dans un futur proche.
Un double vitrage fin pour des usages multiples
Produire de l’électricité dans les villes, au plus proche des besoins s’intègre dans une vision de ville durable. Avec la verticalité des bâtiments, les surfaces vitrées et fenêtres offre au vitrage photovoltaïque une opportunité de développement considérable. Tout comme les voitures électriques, montres connectées, smartphones, abris-bus...
Frédéric Sauvage décrit le fonctionnement de son dispositif : « Le vitrage est composé de deux plaques de verre (les électrodes). La vitre oxydante au contact avec l’extérieur est recouverte de l’intérieur par des pigments photosynthétiques contenant des nanoparticules d’oxyde de titane. Cette couche incolore permet de convertir le proche infrarouge en électricité. Au milieu des deux plaques, l’électrolyte liquide (nitrite, iode et thiolate), encapsulé, véhicule les charges positives. Cet espace entre les deux plaques de verres est de l’ordre de 100 microns seulement. L’autre verre conducteur est recouvert de nanoparticules de platine. »
Les quantités de matériaux utilisés sont faibles. Par mètre carré de panneau, la production demande 1 g d’oxyde de titane, 1 mg de pigments et moins d’1 mg de platine. Quelques améliorations sont à venir : Frédéric Sauvage souhaite remplacer le titane par de l’oxyde d’étain, non critique et qui améliore les propriétés esthétiques des panneaux. Le chercheur compte aussi imprimer un électrolyte solide sur les plaques de verre, en substitution à l’actuel liquide, moins facile à industrialiser.
Une puissance actuelle de 35W/m2
Alors que l’idée est née en 2012, sa première preuve de concept date de 2016. La technologie est alors très esthétique mais encore peu performante. Et après quelques heures d’irradiation, les pigments se colorent. En 2021, une preuve de concept améliorée sur un module au format A4 montre des pigments plus performants et plus stables. Frédéric Sauvage vise aujourd'hui une puissance de 70-80 W/m2, « le module fournit actuellement une puissance de 35 W/m2. A titre de comparaison, celles des panneaux de silicium opaque ont une puissance de 150W/m2, mais on n’est pas sur les mêmes échelles de recouvrement. »
Taux de rendement, transmittance et indice de rendu des couleurs
Trois métriques entrent en jeu pour mesurer les performances du dispositif : le taux de rendement, la transmittance moyenne de la lumière blanche, et l’IRC (indice de rendu des couleurs) qui mesure la coloration par les verres. « Notre dispositif obtient un rendement de 3,5% contre 15% pour les panneaux conventionnels de toit, une transmittance de 83% (vs 80% pour les double vitrage conventionnels) et un IRC de 96% (autant que les double vitrage conventionnels) », s’enthousiasme Frédéric Sauvage. Avec une transmittance équivalente au verre et incolore, le principal défi est le rendement de conversion, encore limité.
Et en ce qui concerne le cycle de vie, Frédéric Sauvage a déjà anticipé le recyclage des panneaux, « la platine se dissout, un bain légèrement basique retire les pigments. Les réelles problématiques de recyclage sont ici les mêmes que celui du verre. »
