Archive pour mars 2010
Actuellement, les cellules solaires commercialisées sont composées de matériaux inorganiques, comme le silicium. Depuis la découverte des polymères conducteurs en 1977 et les premiers transferts d’électrons photo-induit au début des années 90, de nombreuses recherches internationales visent à mettre au point des cellules solaires composées d’au moins une couche active de semi-conducteurs organiques. On distingue :
- les cellules à couches minces organiques (par exemple des polymères carbonés dérivés de la pétrochimie)
- les cellules à colorant (types Grätzel)
Principe
Les cellules à couche mince organique
La couche active est en général constituée d’un matériau Donneur (D) et d’un matériau Accepteur (A). On parle alors d’hétéro-jonction. Cette composition améliore les performances.
Le principe est alors le suivant:
Pour info les excitons sont des paires électrons-trous.
Les cellules à colorants de Grätzel
Les cellules sont des films poreux recouverts d’une très fine couche de particules de pigments en contact avec une solution électrolyte. Quand un photon frappe la cellule, il produit une charge négative dans le pigment et une charge positive dans l’électrolyte, menant à un courant. Pour doper cet effet photovoltaïque assez faible, les scientifiques ont eu l’idée d’augmenter les interfaces entre le colorant et l’électrolyte. Les prototypes comportent ainsi des surfaces actives dont la géométrie rappelle les poumons ou les arbres. Ces organisations vivantes savent maximiser les surfaces de contact, à la manière des fractales. Ce sont du coup les chimistes, et non les physiciens qui sont les plus en pointe dans ce domaine.
Rendement
Le faible rendement atteint jusqu’à présent (5,4 % sur une surface d’1 cm2) et leur durée de fonctionnement réduite empêchaient jusqu’ici leur introduction généralisée sur le marché. Pour comparaison les différents rendements:
- Silicium monocristallin -> 25%
- Silicium polycristallin -> 15%
- Silicium amorphe -> 11%
- Couches minces -> 20%
Perspectives
Les cellules OPV (Organic PhotoVoltaic) présentent plusieurs avantages par rapport aux cellules solaires multi-jonctions, semi-conductrices ou en silicium:
- elles sont particulièrement fines, légères et flexibles.
- elles n’utilisent pas de Silicium (la production de silicium cristallin nécessite de très hautes températures et le silicium de qualité photovoltaïque doit être purifié jusqu’à plus de 99,999%).Ainsi d’une part elles peuvent être produites à bon marché et avec des dépenses en énergie et matériels très réduites.
Et d’autre part, le potentiel d’applications est énorme :
- des applications mobiles comme par exemple l’approvisionnement énergétique d’appareils mobiles: ordinateurs, portables, PDA, MP3, MP4, livre électronique…
- des applications en extérieur: tuiles, voiles de bateau, feuille photovoltaïque sur des tentes, carrosserie de voiture…
Les recherches continuent et portent sur:
- l’amélioration de l’efficacité des cellules solaires organiques avec un objectif de rendement des cellules à 9 -10 %, notamment par la recherche de nouveaux matériaux et des procédés d’encapsulation (car l’oxygène très électro-négatif réagit avec les électrons et fait baisser les performances)
- l’augmentation de leur durée de fonctionnement réduite à cause de la dégradation des polymères lorsqu’ils sont exposés au soleil
- l’optimisation des techniques de production bon marché comme par exemple la mise en forme à partir d’encre ou de peinture qui permet de couvrir de grandes surfaces et des substrats flexibles comme des textiles ou du silicone.
Quelques Acteurs
- projet OPEG (Photovoltaïque organique pour un approvisionnement énergétique intégrable): aliance de eliatek,
- BASF et l’Institut de photovoltaïque appliquée (IAPP)
- laboratoire d’Ingénierie moléculaire d’Angers
- L’école polytechnique fédérale de Lausanne
- Equipe de recherche commune ‘Electronique Organique’ CEA / Ecole polytechnique
Sources
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59883.htm
http://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_photovolta%C3%AFque_organique
http://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_Gr%C3%A4tzel
http://catalogue.polytechnique.fr/site.php?id=177&fileid=993
L’électrochromisme est la propriété démontrée par certaines espèces chimiques de changer de couleur de manière réversible lors d’une réaction d’oxydo-réduction. Cette réaction est contrôlée par l’application d’une charge électrique. Le changement de couleur provient de la formation de nouvelles bandes d’absorbtion.
Un exemple de matériau électrochromique est le tri-oxyde de tungstène (WO3), qui est la principale espèce chimique utilisée dans la production de vitres électrochromes ou vitres « intelligentes ». On peut utiliser différents cations: Li+, H+, Na+, K+
Dans le cas de Li+, la réaction de coloration dit “cathodique” est la suivante :
WO3 + xLi+ + xe- → LixWO3
« Incolore » BLEU
Certains oxydes sont colorés en absence de cations (Li+ ou H+). Dans ce cas on parle d’une coloration « anodique »
(exemple : IrO2est noir et LixIrO2 est jaune pâle, presque incolore).
Principe
Lorsqu’une tension (de l’ordre de 1 ou 2V) est appliquée entre les conducteurs transparents (en jaune dans le schéma ci-dessous), un champ électrique s’établit et les cations Li+ se déplacent uniformément à travers l’électrolyte (en vert) vers la couche électrochromatique (WO3 sur le schéma) et a lieu alors la réaction d’oxydoréduction qui voit la formation d’un “bronze de tungstène” de couleur bleue foncée.
Le système est réversible, il suffit d’inverser la tension appliquée. La régulation du degré d’obscurité du film peut être manuelle ou automatique (contrôle électronique). A noter que la réaction n’est pas instantanée, il faut tenir compte d’un “temps de commutation”. Le changement de couleur est persistant et il n’y a besoin d’énergie que pour effectuer une modification de couleur.
Perspectives
Le phénomène est connu depuis une trentaine d’année mais le développement d’applications commerciales était bloqué jusqu’à présent par les coût de fabrication exhorbitants (de l’ordre de plusieurs centaines d’euros le m²) et la faible durée de vie des produits (5 ans).
Le développement de films souples semble prometteur pour trois raisons:
- il devient possible d’utiliser le principe du roll-to-roll pour sa fabrication (machines rotatives comme pour les journaux) ce qui réduit considérablement le coût
- la souplesse d’un film permet d’intégrer la technologie dans un grand nombre de produits (masque de ski ou casques, vitres d’habitation ou de véhicule…). A souligner, l’énorme marché que représente ces “vitres intelligentes” dans une perspective d’efficacité énergétique des bâtiments.
- les possibilités de variations de couleurs offrent des possibilités de camouflage (effet caméléon), et voir d’utilisation pour des écrans digitaux de petites tailles.
Les recherches se poursuivent sur l’amélioration du processus de fabrication, sur les sytèmes de commande intelligent et sur les polymères et les électrodes à utiliser (gamme de couleurs, vitesse de changement de couleur).
Quelques acteurs
- L’Institut pour les nouveaux matériaux (INM) à Sarrebruck (Allemagne)
- Certhech (Belgique)
- Saint-Gobain
- Chromogenics (Suède)
Sources
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrochromisme
http://www.chromogenics.se/docs/science13.pdf
http://www.enerzine.com/15/8148+enfin-des-fenetres-intelligentes+.html
http://docinsa.insa-lyon.fr/these/2005/assimakopoulou/08_chapitre3.pdf
http://recherche-technologie.wallonie.be/
Le ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche a mis en place 3 dispositifs pour aider les PME-PMI à recruter des compétences dans le cadre d’une démarche d’innovation et de R&D.
source: http://wwww.enseignementsup-recherche.gouv.fr/technologie/mesur/aides/
Aide au recrutement pour l’innovation dans les PME (niveau Bac+5)
Objectif: Inciter les PME-PMI à embaucher des cadres de R & D (chercheurs, ingénieurs, docteurs…) pour créer une activité de recherche et développement ou renforcer une équipe déjà en place dans le cadre d’un projet innovant.
| Le candidat | Il a une formation de niveau Bac+5 ou supérieure, Il est affecté à des tâches de recherche-développement |
| L’entreprise | C’est une PME-PMI de droit français, de moins de 2000 personnes, dont le siège ou l’établissement est implanté en France.. |
| Le contrat de travail | Il peut être à durée indéterminée ou déterminée pour les docteurs et uniquement à durée indéterminée dans tous les autres cas. |
| Financement et gestion | L’Anvar verse une subvention qui peut représenter jusqu’à 50 % des dépenses liées à la première année de recrutement du cadre (salaires, charges sociales, frais engagés avec un centre de compétences, formation externe). Cette subvention est plafonnée à 25 000 € pour les ingénieurs et à 27 000 € pour les docteurs. Elle est majorable de 3 000 € au titre de la rémunération du centre de compétences. Cette procédure peut être également financée par des collectivités territoriales et par des fonds structurels européens (FEDER et FSE). |
CORTECHS (bac+2, bac+3)
Objectif: Inciter les PME-PMI à confier à un jeune technicien supérieur un projet de développement technologique sur un an en partenariat avec un centre de compétence. La convention CORTECHS associe trois partenaires : une PME-PMI, un technicien supérieur et un centre de compétences.
| Le technicien | Il doit être titulaire d’un DUT, d’un BTS ou d’un titre équivalent. Il peut également avoir un niveau Bac + 3 |
| L’entreprise | C’est une PME-PMI de droit français dont le siège ou l’établissement est implanté en France. |
| Le centre de compétences | Il appartient à l’une des structures suivantes : organismes de recherche, universités, IUT, école d’ingénieurs, lycées techniques et professionnels, structures de transfert de technologie (CRITT, CRT, PFT). Il est implanté de préférence à proximité de l’entreprise. |
| Le contrat de travail | Il est signé par l’entreprise avec le technicien. Il peut être à durée indéterminée ou déterminée (de 12 mois minimum). |
| La formation à l’innovation | Durant la convention CORTECHS, le technicien reçoit une formation complémentaire à la gestion de projet d’innovation d’une durée minimum de 80 heures |
| Financement et gestion | La convention est passée pour un an entre l’Anvar et l’entreprise. Elle prévoit le versement à l’entreprise d’une subvention plafonnée à 13 000 € pour un an, couvrant au maximum 50 % des dépenses éligibles (notamment salaire et charges du technicien supérieur, contribution aux dépenses engagées par le centre de compétences). Ces conventions sont financées par le ministère délégué à la Recherche et aux Nouvelles Technologies. Elles peuvent être financées également par des collectivités territoriales et les fonds structurels européens (FEDER et FSE). EDF finance des conventions dans un certain nombre de régions. La gestion des CORTECHS est assurée par l’Anvar* pour le compte du ministère délégué à la Recherche et aux Nouvelles Technologies. *mis à part les Territoires d’Outre-Mer où elle est assurée par les DRRT. |
CIFRE (bac+5)
Objectif: Permettre à un jeune doctorant de réaliser sa thèse en entreprise en menant un programme de recherche et développement en liaison avec une équipe de recherche extérieure à l’entreprise.
Renforcer la recherche technologique des entreprises.
| La convention | Elle associe trois partenaires :
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| Le doctorant | Il est titulaire d’un diplôme d’études approfondies récent ou son équivalent, Il s’inscrit en doctorat. |
| L’entreprise | Elle est de droit français, son siège ou l’établissement, dans lequel le doctorant travaille, est implanté en France.L’entreprise doit :
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| Le laboratoire | Partenaire de l’entreprise, il doit appartenir à un établissement d’enseignement supérieur, un organisme public de recherche, un centre technique ou être un laboratoire industriel ou un laboratoire étranger. |
| Le contrat de travail | Il est signé par l’entreprise avec le jeune doctorant. Il peut être à durée indéterminée ou déterminée . |
| Financement et gestion | La convention CIFRE est passée pour trois ans entre l’Association nationale de la recherche technique (ANRT) et l’entreprise. L’entreprise reçoit une subvention annuelle forfaitaire de 14 635,49 € correspondant à un salaire brut annuel minimum de 20 215,03 €. Ces conventions sont financées par le ministère délégué à la Recherche et aux Nouvelles technologies. Elles peuvent être également financées par les fonds structurels européens (FSE). La gestion des CIFRE est assurée par l’ANRT pour le compte du ministère délégué à la Recherche et aux Nouvelles Technologies. |