Inventaire complet des technologies PV d’intérieur

D’après pv magazine International

Une étude menée par une équipe internationale sur les technologies de cellules PV d’intérieur documente plus de 250 dispositifs commercialisés ou encore en phase de développement, de grande et de petite taille. Elle couvre les cellules organiques, les cellules à pigment photosensible et les cellules à pérovskite, ainsi que celles en silicium cristallin et amorphe, les cellules comportant des semi-conducteurs III-V ou du chalcogénure, et les nouvelles solutions sans plomb émergentes.

Ces travaux sont à lire dans Photovoltaics for Indoor Energy Harvesting, paru dans Nano Energy. Les chercheurs travaillent à l’Université Tor Vergata, en Italie, à l’Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée (TNO), à la Fundación Escuela Tecnologica en Colombie et à l’Université Jain en Inde.

« Nous avions observé un intérêt croissant de la part du grand public pour ce domaine, et avons donc pensé qu’un inventaire complet de toutes les technologies PV d’intérieur s’imposait », indique Giulia Lucarelli, co-autrice de l’étude, à pv magazine. Ces travaux comprennent aussi un questionnement sur les applications, les avancées récentes et les stratégies retenues pour concevoir des cellules plus stables et à haut rendement qui fonctionnent avec des niveaux de luminosité très faibles.

« Nous avons indiqué les performances des dispositifs PV d’intérieur à des niveaux d’éclairage de 200 lux et 1 000 lux », explique Thomas M. Brown, principal auteur de l’étude, à pv magazine, en soulignant que la plupart des foyers affichent un éclairage de 200 lux tandis qu’un niveau de 1 000 lux est caractéristique des environnements très fortement éclairés tels que les supermarchés.

Thomas M. Brown précise que les étiquettes électroniques sur les rayonnages des supermarchés ont constitué l’une des premières niches de marché à fort volume pour le photovoltaïque d’intérieur. D’autres applications voient toutefois le jour, comme les produits de l’Internet des objets, un domaine où le PV est vu comme une solution qui ne nécessite aucune maintenance une fois installée. « Imaginez par exemple que vous installiez chez vous un capteur de température, ou autre, et qu’il fonctionne sans que vous ayez besoin de changer les piles », ajoute-t-il.

L’étude passe en revue une large gamme de technologies de cellules, des dispositifs au silicium cristallin et amorphe aux appareils comprenant des semi-conducteurs III-V ou du chalcogénure, ainsi que les cellules organiques, à pigment photosensible, à pérovskite et les nouvelles solutions sans plomb.

Vers un protocole de mesure

En matière de rendement de conversion énergétique (RCE) et de densité maximale de puissance (DMP), les chercheurs ont noté plusieurs éléments. Ils ont par exemple observé que « incontestablement, quel que soit le type ou l’intensité de la lampe d’intérieur », les cellules en pérovskite ont « surpassé » toutes les autres technologies de PV en termes d’efficacité et de puissance.

Les chercheurs ont aussi observé que les dispositifs photovoltaïques organiques obtenaient de bons rendements avec des diodes électroluminescentes (LED), tandis que les cellules solaires à pigment photosensible (DSSC) affichaient les meilleures performances sous une lumière fluorescente. Ils émettent toutefois des réserves car en raison du nombre limité d’études sur la question, il est « difficile » de tirer des conclusions.

« Parmi les technologies bien établies, les semi-conducteurs composés et à couche mince ont présenté des performances considérablement améliorées au cours des dernières années, les premiers affichant un rendement et une puissance élevés, a souligné l’équipe. Les solutions sans plomb, qui viennent tout juste d’entrer sur le marché du PV d’intérieur, sont parvenues à enregistrer un rendement maximal de 18 % environ avec de la pérovskite à base d’étain. »

L’étude s’interroge aussi sur les normes en matière de présentation des performances, et notamment sur la nécessité d’un protocole de mesure pour le spectre des sources lumineuses standard, et d’un ou plusieurs niveaux d’éclairage standard. « Les plus couramment utilisés étant 200 lux et 1 000 lux, les mesures de ces deux niveaux de luminosité devraient être conservées », affirment les scientifiques.

Ces derniers expliquent que la DMP mesurée à 200 lux et 1 000 lux est importante pour les développeurs qui conçoivent des solutions de collecte de l’énergie et des produits qui fonctionnent dans différentes conditions d’éclairage. « La DMP est une mesure plus immédiate ; les développeurs qui souhaitent intégrer le PV dans leurs objets savent ainsi exactement ce qui sort du dispositif PV », raconte Abhisek Chakraborty, co-auteur de l’étude, à pv magazine.

Thomas M. Brown ajoute que la gamme des lampes d’intérieur est très large, allant de la LED aux ampoules fluorescentes compactes en passant par les ampoules aux températures de différentes couleurs. « Il n’y a qu’un seul soleil, mais nous disposons d’une myriade de sources lumineuses d’intérieur », dit-il.

Quels essais pour le solaire indoor ?

L’équipe note également que, si les technologies au silicium cristallin ou à couches minces et les nouvelles technologies PV sont soumises à des protocoles de stabilité pour les applications en extérieur ainsi qu’à des essais sous contrainte accélérés, ceux-ci sont « toujours inexistants » pour les dispositifs PV conçus exclusivement pour l’intérieur.

Dans la synthèse de leurs observations, les chercheurs relèvent que les rendements en laboratoire intérieur pour les nouvelles technologies PV sont compris entre 35 et 45 % à 200 lux et 1 000 lux. « Les densités de puissance électrique correspondantes sont comprises entre 20 et 25 µW cm-2 pour un éclairage de 200 lux et entre 120 et 150 μW cm-2 pour 1 000 lux », indique leur rapport.

Selon eux, il reste encore beaucoup à faire en matière de stabilité du PV d’intérieur et de recherches dans des conditions d’éclairage intérieur continu. Ils estiment notamment que des améliorations peuvent être réalisées « en choisissant les bons matériaux, la bonne conception et des processus de fabrication transposables à grande échelle ».

« L’objectif est d’accroître les performances tout en augmentant la stabilité et en réduisant les coûts, non seulement des dispositifs d’intérieur mais aussi de leurs capacités d’intégration dans les produits électroniques qu’ils visent à alimenter. »

« Comme nous l’avons déjà mentionné, il y a un problème d’harmonisation au niveau de la présentation des informations et des conditions d’éclairage et de mesures du PV d’intérieur, résume Thomas M. Brown à propos de la direction que prendront ses travaux à l’avenir. Nous essayons de proposer des bonnes pratiques en la matière. Nous participons en outre à certains projets nationaux portant sur le développement de la pérovskite dans le PV d’intérieur par le biais de matériaux et de processus de fabrication plus durables. »

Traduction assurée par Christelle Taureau

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