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Des chercheurs américains ont conçu un vitrage à la fois photovoltaïque et thermochromique qui, comme son nom l’indique, peut changer de couleur en réponse à la chaleur et générer de l’électricité à partir de la lumière solaire.

Une technologie particulièrement prometteuse

Si le verre thermochromique, se teintant automatiquement lorsqu’il est exposé à la chaleur, existe depuis longtemps, ces dernières années, différentes avancées ont permis de le rendre électronique et commutable à la demande ou de l’utiliser pour couvrir des surfaces plus importantes. Dans le même temps, les cellules solaires transparentes (ou semi-transparentes) sont également devenues plus efficaces, au point de pouvoir équiper les fenêtres de nos bâtiments.

Dans le cadre de travaux présentés dans la revue Nature Communications, une équipe de chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables du ministère américain de l’Énergie (NREL) a combiné ces deux technologies pour créer un vitrage photovoltaïque thermochromique. S’assombrissant lorsqu’il est chauffé par le Soleil, celui-ci réduit l’exposition de la pièce tout en transformant le rayonnement lumineux absorbé en électricité.

Les vitrages sont fabriqués à partir d’une fine pellicule de cristaux de pérovskite (nouveau matériau utilisé pour les cellules solaires en raison de son rendement élevé) placée entre deux vitres. Un solvant est ensuite injecté dans l’interstice.

Le chercheur Lance Wheeler tenant des échantillons des nouveaux vitrages photovoltaïques/thermochromiques conçus par l’équipe — © Dennis Schroeder / NREL

Lorsque l’humidité est faible, la pérovskite reste transparente, ce qui permet au vitrage de laisser entrer la lumière normalement, mais à partir de certaines températures, la vapeur produite par le solvant provoque le réarrangement des cristaux, d’abord sous forme de chaîne, puis de feuille et enfin de cube. Le passage a chacune de ces formes entraîne un assombrissement progressif du vitrage, pouvant contribuer à réduire la température de la pièce de quelques degrés. Une fois un certain seuil atteint, la production d’électricité commence.

Des performances bien supérieures à celles du précédent prototype

Les auteurs de l’étude ont précisé que le verre utilisé pouvait passer par différentes teintes (de transparent à jaune, orange, rouge et marron) en sept secondes environ lorsque sa température atteignait entre 35 et 46 °C. Ce qui constitue une amélioration considérable par rapport au prototype précédent mis au point par l’équipe, qui devait atteindre une température comprise entre 65,5 et 79,4 °C pour passer d’une teinte transparente à une teinte brun-rouge et mettait environ 3 minutes pour effectuer une telle transition.

Idéalement, les fenêtres photovoltaïques/thermochromiques pourraient contribuer à réduire le besoin de climatisation, technologie s’avérant extrêmement énergivore durant les mois les plus chauds, et également apporter un peu d’électricité supplémentaire pour aider au fonctionnement de ce type de dispositifs.

Selon l’équipe, un prototype de fenêtre utilisant cette nouvelle technologie prometteuse pourrait voir le jour d’ici fin 2021.

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