Cellule de Graetzel

Cellule Grätzel

Cellules à pigment photosensible, ou cellules Grätzel.

Également appelées cellules à pigment photosensible (souvent désignées de leurs noms en anglais : dye-sensitized solar cell, DSSc, DSC voire DYSC), les cellules Grätzel ont été nommées ainsi en référence à leur concepteur, de l’École polytechnique fédérale de Lausanne.

Principe de fonctionnement

Fonctionnement d'une cellule Grätzel.

Il s’agit d’un système photoélectrochimique inspiré de la photosynthèse végétale constitué d’un électrolyte donneur d’électron (analogue à l’eau dans la photosynthèse) sous l’effet d’un pigment excité par le rayonnement solaire (analogue à la chlorophylle). La force électromotrice de ce système vient de la rapidité avec laquelle l’électrolyte compense l’électron perdu par le pigment excité avant que ce dernier ne se recombine : le pigment photosensible est imprégné dans un matériau semiconducteur fixé à la paroi transparente et conductrice située face au soleil, de sorte que l’électron libéré par le pigment diffuse jusqu’à la paroi conductrice à travers le matériau semiconducteur pour venir s’accumuler dans la paroi supérieure de la cellule et générer une différence de potentiel avec la paroi inférieure.

Ces dispositifs sont prometteurs car ils font intervenir des matériaux bon marché mis en œuvre avec des technologies relativement simples. La première cellule à pigment photosensible démontrée à l’EPFL en 1991 par M. Grätzel et B. O’Regan utilisait :

• Une paroi supérieure en oxyde d'étain dopé au fluor SnO₂•F, qui est un matériau à la fois transparent et conducteur d’électricité

• Sur la face intérieure de cette paroi, de l’oxyde de titane TiO₂ pulvérulent semiconducteur dont la surface était imprégnée de polypyridine au ruthénium^[1] comme pigment photosensible

• Un électrolyte iodure/triiodure (I^–/I₃^–) baignant l’ensemble en assurant la conduction avec la paroi inférieure de la cellule, qui fermait le circuit.

Ces cellules ont atteint en laboratoire^[2] des rendements de 11 % mais sont produites commercialement avec des rendements de 3 à 5 %, pour un coût d’environ 2 400 €/kWc^[3].

Notes et références

1. ↑ L’analogie avec la photosynthèse est très étroite, car la chlorophylle est structurellement similaire à quatre unités pyridine autour d’un atome de cobalt ; dans le pigment de Grätzel, le cobalt est remplacé par le ruthénium.
2. ↑ Sharp, 2006
3. ↑ Données 2008

Voir aussi

Articles connexes

• Cellule photovoltaïque
• Énergie solaire photovoltaïque
• Cellule photoélectrochimique

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