Comment des ingrédients culinaires améliorent-ils les cellules solaires ?
Qu'il s'agisse de boissons gazeuses ou de chips savoureuses, de nombreuses inventions sont réputées pour leurs ingrédients inhabituels et souvent bien gardés - mais les panneaux solaires ne figurent généralement pas en tête de cette liste. Cependant, plusieurs ingrédients alimentaires se sont révélés d'une utilité inattendue lorsqu'ils ont été ajoutés à des cellules solaires.
Les cellules solaires peuvent être comparées à un gâteau : le plus simple est d'introduire de nouveaux ingrédients et de voir ce que cela donne. Selon ce que vous aimez manger, il y a de fortes chances que vous puissiez trouver au moins l'un d'entre eux chez vous. On a découvert que la capsaïcine, la substance chimique qui donne aux piments leur piquant, améliore les cellules solaires en pérovskite - les dispositifs qui composent les panneaux solaires. A ne pas manquer sur BBC Afrique : L'ajout de capsaïcine dilate les grains qui constituent la matière active de la cellule solaire, lui permettant de transporter plus efficacement l'électricité. Plus important encore, le matériau passe d'un déficit d'électrons à un excès, ce qui modifie le fonctionnement de la cellule et permet de convertir davantage de lumière solaire en électricité. En substance, l'ajout de capsaïcine ajoute des électrons (ce qui peut ou non être le même effet que vous ressentez sur votre langue après un plat de biryani particulièrement épicé). Les cellules contenant de la capsaïcine sont parmi les plus efficaces qui aient été signalées. Loin d'être un gadget destiné à faire les gros titres, l'ajout de cette substance chimique contenue dans les piments pourrait en fait permettre d'améliorer les performances des cellules solaires. Mais pourquoi penser à ajouter des piments à un panneau solaire ? Malheureusement, les chercheurs n'ont pas partagé leur processus de réflexion. Mais il se trouve que j'ai une forme dans ce domaine aussi. En 2014, j'ai publié un article démontrant comment un composé appelé chlorure de magnésium pouvait réduire considérablement le coût de l'énergie solaire, bien que dans un type différent de cellule solaire. Vous n'avez jamais entendu parler du chlorure de magnésium ? Eh bien, si vous êtes végétalien, vous en avez probablement consommé à un moment ou à un autre. C'est un sel qui n'est pas très différent du sel de table (chlorure de sodium) et qui peut être récupéré dans l'eau de mer. Il a de nombreuses utilisations, mais l'une des plus populaires est celle de la cuisine japonaise, où il est connu sous le nom de nigari et utilisé comme coagulant pour épaissir le tofu. Mes découvertes m'ont valu une certaine couverture médiatique du "tofu solaire", ce qui était amusant, et le fait de me faire appeler "tofu boy" lors de conférences universitaires (moins amusant). Un ingrédient populaire de la cuisine japonaise, le nigari, s'est également révélé prometteur pour améliorer le fonctionnement des cellules solaires - et il a aussi bon goût. Cela signifie-t-il que les produits chimiques alimentaires se prêtent particulièrement bien à la recherche sur les cellules solaires ? Pas vraiment. La coïncidence est davantage liée au chevauchement entre l'alimentation et la chimie et à l'approche "what if" (et si) qui guide de nombreux spécialistes des matériaux. Vous pourriez penser que la plupart des recherches sur les cellules solaires sont effectuées par des physiciens. C'est en partie vrai - j'en suis un moi-même - mais l'approche de la recherche a peu de choses en commun avec le travail effectué par les physiciens des particules au grand collisionneur de hadrons ou avec la recherche cosmologique. Ces domaines s'articulent généralement autour de calculs lourds et de travaux théoriques. En d'autres termes, on passe beaucoup de temps à regarder des tableaux noirs. La recherche sur les cellules solaires relève en fait de la science des matériaux, qui se situe quelque part entre la physique et la chimie. Le développement de nouvelles technologies ou de nouveaux procédés de fabrication de cellules solaires demande beaucoup de travail, et l'approche typique consiste à passer beaucoup de temps à tester les performances d'un grand nombre de cellules comparables mais légèrement modifiées. Les cellules solaires sont constituées de couches empilées de différents matériaux, et il est difficile de prévoir ce qu'il adviendra des performances de l'ensemble de la structure en modifiant un seul composant. Si j'ajoute quelque chose à la couche A et que celle-ci change, les couches B, C et D situées au-dessus changeront probablement elles aussi. De même, si je modifie la couche C, devrai-je changer la façon dont j'ai fabriqué A ou B ? Et qu'arrivera-t-il alors à D ? Vous pouvez probablement vous faire une idée de la difficulté de prévoir tout cela, ce qui alimente la curiosité à l'origine de la plupart des innovations dans ce domaine. Il ne faut pas s'étonner si, à l'avenir, d'autres composés présents dans les aliments se retrouvent dans les cellules solaires, car il s'agit souvent de composés organiques aux propriétés utiles. Pensez aux cellules solaires comme à un gâteau. Pour savoir ce qui va se passer lorsque vous ajoutez un nouvel ingrédient, il est beaucoup plus fiable de le faire cuire et de goûter la concoction finale que d'essayer de prédire son aspect et son goût avant de le faire cuire. En fin de compte, les aliments que nous mangeons, tout comme les cellules solaires, sont un mélange de composés. Si nous connaissons la capsaïcine grâce au piment, il ne s'agit en fait que d'un composé organique qui, par coïncidence, possède des propriétés particulières qui le rendent approprié pour le traitement des cellules solaires - ainsi que pour épicer une "fajita". Pour ma part, j'avais mis au point le procédé d'utilisation du chlorure de magnésium et je n'ai découvert que plus tard, au moment de rédiger l'article, qu'il était utilisé dans le tofu. Je n'ai pas été inspiré dans le rayon des aliments végétaliens, malheureusement. Ainsi, ces approches ne sont pas aussi bizarres et farfelues qu'elles le paraissent lorsqu'on les lit pour la première fois. Il existe généralement une logique initiale basée sur la chimie inhérente à ces composés, et ces envolées scientifiques sont souvent à l'origine de percées intéressantes. Ainsi, si dans un avenir proche vous lisez un article sur des cellules solaires améliorées de façon incommensurable par l'ajout de noix de muscade ou autre, croyez que cela a été fait par curiosité éclairée de l'effet probable, plutôt que par ennui et à cause d'une date limite de consommation imminente. - - Jon Major est chercheur en physique au Stephenson Institute for Renewable Energy de l'université de Liverpool, où il étudie la fabrication et la caractérisation des cellules solaires. Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation, et est republié sous une licence Creative Commons. C'est également la raison pour laquelle cet article ne comporte pas d'estimation de ses émissions de carbone, comme le font généralement les articles de Future Planet. Vous pourriez aussi être intéressés par : Le solaire, une énergie pour tous?