Dossier
Le professeur Graetzel et sa cellule solaire

Par Frédéric Hausammann


D'origine allemande et citoyen suisse depuis 2000, le professeur Michael Graetzel a étudié la chimie à l’Université libre de Berlin, avant de passer sa thèse à l’Université technique de cette même ville. Il est depuis 1977 professeur de chimie physique à l’EPFL, où il dirige actuellement le Laboratoire de photonique et interfaces. Il a été professeur invité de plusieurs universités dans le monde. Auteur de deux livres et de quelque 500 publications, il est membre de nombreuses associations et revues scientifiques. Mais il est surtout connu du grand public pour avoir développé une cellule solaire beaucoup moins chère à produire que les cellules photovoltaïques classiques.
En deux mots, les cellules photovoltaïques traditionnelles sont composées de matériaux semi-conducteurs comme le silicium, qui permettent la conversion de lumière en électricité. Pour produire un courant électrique, une cellule photovoltaïque va absorber un photon (un grain de lumière chargé d’énergie), ce qui va exciter un électron. Cet état anormal d’excitation va créer des porteurs de charge électrique positifs et négatifs qui, pour être exploités, seront transportés par le semi-conducteur vers un point de jonction. Là, un champ électrique local séparera ces porteurs de charges opposées, ce qui les libérera sous forme de courant électrique.
Dans une cellule classique, ce processus se déroule intégralement au sein du semi-conducteur. Or, pour que le rendement soit satisfaisant, les matériaux semi-conducteurs doivent être d’une grande pureté, ce qui rend leur fabrication coûteuse.
Dans la cellule du Prof. Graetzel au contraire, les processus d’absorption de la lumière et de séparation des charges électriques sont différenciés. L’équipe du professeur Graetzel s’est inspirée de la photosynthèse, ce processus chimique qui permet aux plantes de se nourrir en consommant l’énergie lumineuse. En effet, la chlorophylle à la surface des feuilles absorbe la lumière et distribue des électrons, dont l’énergie est utilisée ailleurs dans la plante.
Imitant ce principe, la cellule solaire du Prof. Graetzel est composée de cristaux nano-scopiques en oxyde de titane (TiO2), eux-mêmes recouverts d’un colorant. Le colorant absorbe la lumière et éjecte des électrons, qui sont absorbés par le TiO2 et dirigés vers un circuit externe où leur passage produit de l’électricité.
Pour éviter que ces électrons éjectés soient immédiatement récupérés par ce même colorant, une solution (appelée électrolyte) contenant des ions d’iodure surchargés d’électrons se trouve à proximité. Ainsi, les électrons provenant de l’électrolyte «bouchent les trous» laissés par les électrons du colorant partis dans le circuit. Ces derniers, après avoir libéré leur énergie, reviennent dans l’électrolyte. L’ensemble forme ainsi un cycle, comparable à la photosynthèse.
La simplicité de fabrication du procédé fait prédire aujourd’hui à certains experts une division par cinq du coût de l’énergie solaire.

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