Films photovoltaïques organiques : les polymères brillent de mille feux

ASCA est leader mondial du photovoltaïque organique (OPV) ; pouvez-vous nous expliquer ce que sont les OPV ?

A la différence des panneaux solaires traditionnels composés de silicium, les OPV sont constitués de molécules organiques dont l’élément principal est le carbone. Plus précisément, ce sont des polymères semi-conducteurs qui, une fois excités par la lumière solaire, relâchent des électrons qui produisent de l’électricité en se déplaçant. C’est assez schématique mais c’est à peu près ce qui se passe.

Quel est l’intérêt de cette technologie ?

Ils sont très nombreux ! En premier lieu, les films ASCA® sont transparents, ils peuvent prendre plusieurs couleurs et sont souples, par définition. Cela leur donne une grande liberté de forme, car ils peuvent être posés sur des structures concaves ou convexes, par exemple, mais également sur de nombreux matériaux allant des métaux au béton en passant par le verre et les textiles. Leur procédé de fabrication dit « roll-to-roll » nécessite peu d’énergie (100 °C suffisent contre 1 000 °C pour les panneaux en silicium) et ne fait pas appel aux métaux rares. Enfin, ils sont très légers et peuvent donc être posés n’importe où sans qu’il y ait besoin de renforcer la structure.

Vous évoquez le procédé « roll-to-roll ». Pouvez-vous nous en dire plus ?

Nous appliquons notre polymère semi-conducteur dans sa forme liquide sur un film de polyéthylène téréphtalate (PET) et ce, sur plusieurs couches. Nous utilisons pour cela différents polymères photoactifs mais je n’en dirai pas plus, car si notre procédé fait l’objet de plusieurs dizaines de brevets, nous gardons bien entendu quelques secrets. Les cinq couches qui composent le film sont enduites en continu à grande vitesse ; c’est le « roll-to-roll ». A la suite, un laser vient dégrader la matière pour permettre la connexion des cellules entre elles. L’ensemble est ensuite encapsulé dans un film barrière pour garantir une parfaite étanchéité du module. Il ne reste plus qu’à le poser puis à le relier au système électrique du bâtiment ou de l’objet qu’il garnit. Grâce à cette technologie, nous avons la capacité de produire sensiblement 1 million de m2 de film photovoltaïque par an.

La concurrence est rude dans votre domaine d’activités. Quels sont vos atouts ?

C’est vrai. Mais avant de parler de nos atouts, je tiens à dire que la technologie de l’OPV n’est pas maîtrisée par les Chinois, qui sont encore aujourd’hui les leaders mondiaux dans le secteur des panneaux photovoltaïques traditionnels. Nous sommes donc assez fiers de participer à l’autonomie industrielle de notre pays, voire de l’Europe.

Nos modules sont tous produits dans nos sites français et allemands. De même, nous nous inscrivons pleinement dans le treizième objectif mondial des Nations unies, qui invite à prendre d’urgence des mesures pour lutter contre les changements climatiques et leurs répercussions.

Pour revenir sur nos atouts, je dirai que nous sommes parmi les seuls à proposer un film qui puisse se poser sur tous les types de surfaces, quels que soient leurs designs. C’est à cela que nous devons une partie de notre succès.   Mais nous ne comptons pas nous reposer sur nos lauriers, et nous sommes très actifs dans le domaine de la recherche, y compris fondamentale, afin d’améliorer sans cesse nos matériaux pour trouver la combinaison la plus optimale du moment.

 Pour avoir le meilleur rendement possible, sélectionner les bons polymères est crucial, car selon leurs propriétés intrinsèques, leur capacité d’absorption de la lumière peut être différente, par exemple. Nous surveillons de très près l’évolution des plastiques et avons tissé des liens très forts avec de nombreux partenaires afin d’obtenir les polymères les plus efficaces. En 2020, nous avions un rendement qui dépassait les 25 % en environnement low-light (faible luminosité). C’est un joli score que nous devions notamment à la récente intégration de matériaux développés avec notre partenaire Raynergy Tek, une entreprise de chimie taïwanaise spécialisée dans les matériaux semi-conducteurs organiques pour l’OPV. Depuis, nous avons encore gagné autour de 40 % de rendement en intégrant de nouveaux polymères, des accepteurs non fullerènes (NFA) pour les spécialistes, mis au point avec ce même partenaire.

Enfin, nous savons que, pour séduire les designers et les architectes, nos modules doivent pouvoir se décliner en différentes couleurs, l’esthétisme de leurs projets ayant souvent un rôle prépondérant. Nous sommes aujourd’hui parmi les rares à proposer à nos clients une palette de couleurs assez riche.

Pouvez-vous nous parler de vos réalisations ?

Je vais commencer par celle qui a fait couler beaucoup d’encre, et pour cause… Il s’agit du pavillon Novartis fraîchement inauguré à Bâle en Suisse. L’idée des architectes était de faire de ce bâtiment une véritable façade multimédia autonome en énergie, donc alimentée uniquement par le soleil. C’est un bâtiment à la forme très complexe qui peut faire penser à une sphère tronquée. Pour des questions de design, il n’était pas possible d’intégrer des panneaux solaires traditionnels sans perdre cette impression de pureté formelle que dégage le bâtiment.

C’est pour cette raison que les architectes se sont tournés vers nous. L’enveloppe du bâtiment a été recouverte de nos modules qui ont été intégrés dans près de 10 000 panneaux de polycarbonate (1 300 m2 au total) prenant la forme de losanges et de triangles de dix tailles différentes.

 Conçus de manière à épouser les courbes de la structure arrondie, les modules OPV sont directement intégrés à la façade média et viennent l’alimenter en énergie grâce à la seule lumière solaire. Les 30 240 LED qui la composent permettent de diffuser des animations lumineuses. Chaque soir, le pavillon s’anime durant une trentaine de minutes grâce à nos cellules solaires organiques.

Nous ne sommes pas moins fiers de l’intégration de nos cellules dans des balustrades en verre, même si c’est moins spectaculaire, en tout cas sur le plan visuel. Pour cela, nous avons travaillé main dans la main avec un verrier allemand. Ces balustrades sont présentes dans des immeubles à Möhringen, près de Stuttgart, et ce sont en tout 88 panneaux de verre qui ont été posés. L’électricité produite par les cellules solaires est injectée dans le réseau public ou consommée directement. La complémentarité des balustrades OPV et des panneaux photovoltaïques installés sur la toiture a permis au bâtiment d’atteindre les critères de l’habitat dit « passif » en matière de performance énergétique. C’est une technologie assez comparable à celle que nous avons utilisée en Irlande dans le cadre d’une serre solaire. Cette serre intègre 15 modules solaires triangulaires laminés entre deux panneaux en polycarbonate qui rechargent une batterie pendant le jour. La nuit venue, la batterie alimente une lampe UV durant 3 heures et prolonge d’autant la période de croissance des plantes.

Pour terminer, j’aimerais également évoquer le mobilier urbain, comme les arbres solaires, situés aussi en Allemagne. Ces arbres solaires de 6 m de haut alimentent en énergie une station de vélos électriques située dans une résidence pour seniors à Löchgau. Les « feuilles » de chaque arbre solaire sont constituées de neuf modules OPV verts de 2,5 m de long chacun. Ces derniers ont été laminés entre deux panneaux en polycarbonate avec la coopération d’un verrier.

Peut-on également les intégrer dans des textiles ?

Oui, bien entendu, et principalement dans l’éthylène tetrafluoroéthylène (ETFE) qui habille de nombreuses structures souvent monumentales. Le monde de la mode s’intéresse également à nos films, comme Art by Physicist, une start-up américaine qui s’est spécialisée dans la mode high-tech durable. Ce groupe a créé une veste et une robe connectées : il est possible d’y recharger des appareils électroniques en situation de mobilité grâce à l’intégration de nos panneaux qui prennent ici la forme d’un lotus. Les applications sont nombreuses, je pense également à des sacs à dos connectés pour permettre la recharge d’un téléphone. Aux designers de s’en emparer et de faire preuve d’imagination !

 ^{A l’heure où nous publions cet article dont l’interview a été réalisée en Juin, nous apprenons que la société ARMOR GROUP, acteur de l’énergie solaire au travers de sa filiale ASCA, annonce se recentrer sur la production de bobines de films photovoltaïques organiques (OPV) à destination des concepteurs de solutions solaires. Cela permet à l’industriel de se concentrer sur son savoir-faire historique de fabrication d’encre et d’enduction au service de la production de produits industriels semi-finis, en arrêtant la conception et le développement de solutions solaires et de projets architecturaux, aval de l’activité.}