Michael Grätzel

Un pionnier de l’énergie solaire

Michael Grätzel est professeur à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Il y dirige le Laboratoire de Photoniques et Interfaces de l’Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques.
Il a reçu un certain nombre de prix prestigieux, dont le Global Energy Prize, le Grand Prix de la technologie Millenium, le Prix Marcel Benoist, le Prix scientifique international King Faisal, le Prix mondial Einstein des sciences et le Prix Balzan.
Il est membre de plusieurs sociétés savantes et détient dix doctorats honorifiques auprès d’universités européennes et asiatiques. Auteur de nombreux livres et de plus de 1 200 publications, il est l’un des trois chimistes les plus cités au monde avec plus de 180 000 citations.

De la photosynthèse aux cellules de Grätzel

Les cellules de Grätzel naissent au début des années 1990 de l’idée de Michael Grätzel, de reproduire la photosynthèse de façon artificielle.

Lors de la photosynthèse, les photons présents dans la lumière excitent le colorant naturel vert de la plante (chlorophylle), ce qui confère aux électrons assez d’énergie pour être libérés du colorant. Le mouvement des électrons entraîne une réaction chimique qui produit de l’énergie et permet la croissance de la plante.

La cellule de Grätzel est composée de deux fines plaques de verres conducteurs, l’une positive, l’autre négative à l’instar d’une pile. Sur la plaque négative, une mince couche de nanoparticules d’oxyde de titane est recouverte de colorant de synthèse, un pigment photosensible. Lorsque la cellule ainsi constituée reçoit de la lumière, le colorant libère des électrons. Ces électrons sont ensuite éjectés du colorant et captés par l’oxyde de titane. Ils quittent la première plaque pour migrer vers la seconde. C’est ce mouvement des électrons qui amorce la production de courant électrique. Voir schéma de principe très simplifié.

Les cellules de Grätzel : une révolution photovoltaïque

À la différence des panneaux photovoltaïques au silicium qui sont opaques, les cellules de Grätzel peuvent être intégrées dans des panneaux de couleurs transparents.  Voir photo de M. Grätzel avec son panneau. Elles peuvent produire de l’énergie même sans ensoleillement direct et sous un faible éclairage.

20 ans après la conception des cellules de Grätzel, un nouveau pigment photosensible, une pérovskite hybride voir le dessin scientifique de la molécule et l’image d’artiste, y est introduit et produit une nouvelle révolution : le rendement des cellules de Grätzel fait un bond de 10% à 22%,. De plus, combinée au silicium, la pérovskite permet d’augmenter de 50% le rendement énergétique d’une cellule solaire silicium, ce qui revient en pratique à diviser le coût de l’énergie solaire par deux.

L’inconvénient de l’utilisation de cette pérovskite hybride est la dégradation rapide du matériau en présence d’humidité et d’oxygène, et la présence d’atomes de plomb dans la molécule. Des recherches sont en cours pour remédier à ces inconvénients. Les chercheurs de l’ENS Paris-Saclay participent à ces études : ils étudient les propriétés optiques fondamentales des cristaux de pérovskite hybride et proposent une ingénierie chimique du matériau, avec l’objectif de trouver des pistes d’optimisation de la molécule.