Panneau solaire organique : Une solution d’avenir ?

Un panneau solaire organique est un type de panneau solaire qui utilise des polymères (chaînes de molécules) ou des petites molécules de synthèse comme matériaux actifs pour capter l'énergie solaire et la convertir en électricité.

Pour information, on qualifie une molécule d’« organique » lorsqu'elle contient au moins un atome de carbone lié à un atome d'hydrogène.

Son processus de fabrication partage des principes similaires avec la production de panneaux solaires en couches minces. Il implique le dépôt d'une substance organique sur un substrat (en verre, en plastique, en métal…) via des techniques telles que le roll-to-roll en voie humide ou le dépôt sous vide, suivi de l'installation d'électrodes sur les 2 faces (au-dessus et en dessous) pour créer un champ électrique.

• Le roll-to-roll en voie humide : faire passer le substrat entre deux rouleaux qui appliquent la substance organique sous forme de liquide ou de pâte.

• Le dépôt sous vide : vaporiser la substance organique dans une chambre à vide et à la faire condenser sur le substrat.

Bon à savoir : la technologie des panneaux solaires organiques n'est pas nouvelle. Bien qu'elle reste moins connue du grand public, elle est en développement depuis près d’une décennie.

Tout comme les panneaux photovoltaïques traditionnels qui jouent un rôle crucial dans la production d'énergies renouvelables, le fonctionnement d'un panneau solaire organique repose sur l'effet photovoltaïque : ce phénomène physique qui permet de convertir le rayonnement solaire en électricité.

Voici comment ça se passe :

• La lumière du soleil frappe la surface du panneau solaire en couches minces qui est composé de plusieurs cellules solaires reliées entre elles.

• Chaque cellule solaire est constituée de couches de matériaux semi-conducteurs de type n et de type p qui sont séparées par une jonction. La couche de type n a un excès d'électrons, tandis que la couche de type p a un déficit d'électrons.

• Lorsque la lumière du soleil atteint la jonction, elle transfère son énergie aux électrons du matériau semi-conducteur qui se mettent en mouvement. Cela crée une différence de potentiel électrique appelée tension entre les couches.

• La tension générée par chaque cellule solaire est collectée par des contacts métalliques qui frment un circuit électrique. Le courant électrique continu ainsi produit est transformé en courant électrique alternatif grâce à un onduleur solaire avant d’être utilisé ou stocké dans une batterie solaire.

La petite différence réside dans le fait que dans les panneaux photovoltaïques traditionnels, le matériau actif utilisé est le silicium et celui-ci a des propriétés semi-conductrices alors que dans le cas des panneaux solaires organiques, le matériau actif utilisé est une molécule organique ou une chaîne de molécules organiques qui a des propriétés isolantes. Le premier conduit le courant, le second non.

Dans un panneau solaire à base de silicium, les électrons passent donc directement de l’état de repos à l’état d’excitation lorsqu’ils sont frappés par les photons et sont libres de se déplacer dans le matériau semi-conducteur. Dans un panneau solaire organique, par contre, les électrons ne quittent pas leur état de repos et restent liés aux molécules organiques, formant des paires d’excitons.

Pour que ces électrons puissent contribuer au courant électrique, il faut qu’ils soient séparés par un élément appelé « accepteur d’électrons » : un matériau organique qui a une affinité plus élevée pour les électrons que le matériau donneur. L’accepteur d’électrons va attirer les électrons des excitons, créant une séparation de charges (excitation des électrons) et permettant ainsi la génération d’un courant électrique.

Si vous avez bien suivi, le panneau solaire organique se distingue de son homologue en silicium cristallin en 3 points :

• Le matériau semi-conducteur : les panneaux solaires traditionnels utilisent du silicium cristallin comme matériau semi-conducteur tandis que les panneaux solaires organiques utilisent des polymères et des petites molécules de synthèse. Cette différence impacte plusieurs aspects du fonctionnement (comme la nécessité d’un accepteur d’électrons) et des performances des 2 technologies.

• La structure : le panneau solaire à base de silicium est constitué de plaques de silicium cristallin épaisses et volumineuses assemblées sur un cadre métallique. Le panneau solaire organique, en revanche, est constitué d’une couche organique très fine déposée sur un substrat souple ou rigide.

• L’efficacité énergétique ou le rendement : les panneaux solaires organiques présentent un rendement plus bas, de l'ordre de 10 % à 13 % comparé aux 15 % à 20 % des panneaux solaires traditionnels, mais ils ont l’avantage d’être plus efficaces dans des conditions de faible luminosité et d’être moins sensibles à la chaleur. Leur rendement est donc assez faible, mais plus stable.

Rappelons qu’il s’agit encore d’une technologie en développement. Ses performances vont certainement s’améliorer au fil des années. Des petites expériences récentes ont, par exemple, montré des rendements allant jusqu’à 19 %, voire 25 % si le substrat est en verre, mais cela reste à prouver à grande échelle.

Plusieurs facteurs font du panneau solaire organique un candidat prometteur pour l'avenir du photovoltaïque.

Les panneaux solaires organiques sont généralement moins chers à produire que les panneaux solaires en silicium cristallin. La manipulation et la transformation du silicium pour qu'il puisse être utilisé dans les cellules photovoltaïques sans perdre ses propriétés conductrices nécessitent des précautions particulières (précision, température, etc.), ce qui augmente le temps et les coûts de production. En revanche, les matériaux organiques ne sont pas aussi exigeants.

La réduction des coûts de production qui se traduit par une réduction des prix de vente rend les panneaux solaires organiques plus accessibles à un large public. Cela permet à davantage de personnes d'exploiter l'énergie solaire et de contribuer à la transition énergétique.

Vous voulez investir un panneau solaire, mais vous ne savez pas quelle technologie choisir ? Cet article pourrait vous aider à prendre une décision éclairée : comment choisir mon panneau solaire ?

Les panneaux solaires organiques présentent un bilan carbone réduit, un impact moindre sur la biodiversité et les ressources naturelles, et contribuent significativement à la transition énergétique.

Ils consomment, en effet, moins d’énergie pour leur fabrication et produisent plus d’énergies renouvelables pour leur durée de vie. On estime que le temps de retour énergétique d’un panneau solaire organique est de l’ordre de 3 mois en moyenne. Autrement dit, il faut environ 3 mois pour qu’il produise l’équivalent de l’énergie dépensée pour sa fabrication. Cette durée peut aller jusqu’à 8 ou 10 ans pour des panneaux photovoltaïques en silicium cristallin.

Ils utilisent également moins de matières premières et ne contiennent qu'un seul élément métallique (l'agent). Cela réduit leur dépendance au commerce international (achat de composants, extraction, traitement et transformation de certains composants à l’étranger – par exemple, en Chine – pour des raisons de coûts), réduisant ainsi leur impact environnemental global : moins de pression sur les ressources naturelles, moins de pollutions liées à la mobilité (transport), etc.

Si vous voulez aller plus loin, lisez notre article sur les panneaux solaires et la préservation de la biodiversité.

Et si vous êtes intéressé par les solutions qui combinent les avantages des différentes technologies solaires, cet article peut vous être utile : « quel est le prix des panneaux photovoltaïques hybrides ?»

Le panneau solaire organique est souple, léger, translucide et peut être conçu dans différentes formes, couleurs et tailles. Ces propriétés ouvrent la voie à de nombreuses applications innovantes : intégration dans des vêtements, vitrage photovoltaïque, alimentation des véhicules électriques, électronique portable, bâtiment urbain, etc.