Les panneaux photovoltaïques fabriqués à partir d'éléments végétaux pourraient un jour servir d'alternative simple et peu coûteuse aux capteurs solaires traditionnels. Un moyen totalement nouveau d'aborder le photovoltaïque vient d'être développé grâce à une étroite collaboration entre le Massachussets Institute of Technology (MIT) et l'EPFL. En utilisant la protéine nécessaire à la photosynthèse chez les végétaux, un chercheur du MIT, Andreas Mershin a mis au point un moyen de produire du courant électrique. Il vient ainsi d'ouvrir la voie à une nouvelle façon simple et peu coûteuse de reproduire l'énergie solaire. Ces recherches viennent compléter les travaux commencés il y a huit ans par Shuguang Zhang dans le Center for Biomedical Engineering du MIT et le professeur Michael Graetzel de l'EPFL. Elles seront publiées cette semaine dans le journal scientifique en libre accès Scientific Reports.

Lors de ses premières recherches, Shuguang Zhang était parvenu à isoler un grand nombre de molécules, regroupées sous le nom de photosystème-I (PS-I), les minuscules structures d'une cellule végétale, qui permettent la photosynthèse. Le chercheur et ses collègues ont extrait le PS-I de plantes et l'ont stabilisé chimiquement, puis ils en ont déposé une couche sur un substrat de verre. Ce dispositif s'est révélé capable de produire du courant électrique lorsqu'il est exposé à la lumière, comme une cellule solaire classique. L'étape suivante consistait à trouver un moyen d'amplifier ce courant.

Dans le laboratoire de Michael Graetzel, Andreas Mershin est arrivé à adapter un substrat photovoltaïque bien plus efficace pour absorber la lumière solaire. Ce substrat est comparable à celui utilisé dans les cellules solaires à colorant, dites « cellules Graetzel », spécialité de ce laboratoire, mais la substance PS-I est radicalement différente du colorant utilisé habituellement. Le défi apporté par une telle modification a permis d'améliorer également ces cellules solaires à colorant, en particulier grâce au développement d'un mécanisme qui transporte les électrons plus efficacement entre les extrémités des pôles, comme dans une pile.

Une « forêt » de nanofils

Andreas Mershin a en effet pu créer une minuscule « forêt » de nanofils d'oxyde de zinc (ZnO), ainsi qu'une nanostructure de dioxyde de titane (TiO2) de type spongieux, enrobée d'une matière organique dérivée de bactéries, chargée de capter la lumière. Les nanofils ont servi non seulement de support pour la matière organique, mais aussi de câbles pour véhiculer les électrons produits par les molécules à l'intérieur de la couche de matière organique, à partir desquels celle-ci pourrait être reliée à un circuit. « C'est une sorte de nano-forêt électrique », explique le chercheur.

Selon lui, le procédé a été tellement simplifié que pratiquement n'importe quel laboratoire pourrait le reproduire – y compris des laboratoires de sciences à l'université, et même dans les écoles – permettant aux chercheurs partout dans le monde de commencer à étudier ce procédé et de proposer d'autres perfectionnements. « L'efficacité du nouveau système est 10 000 fois supérieure à la version précédente, bien qu'il ne convertisse pour l'heure que 0,1% de l'énergie solaire en électricité. Cependant, 1 à 2 pour-cent d'efficacité seront suffisants pour que l'on puisse imaginer une utilisation commerciale, car les ingrédients ne coûtent presque rien et le procédé de fabrication est particulièrement simple », précise Andreas Mershin.

Ces recherches ont été financées en partie par une subvention sans restriction octroyée par la société Intel et ont aussi bénéficié de la participation de chercheurs de l'University of Tennessee.