Piles solaires à colorant : une révolution de l’énergie renouvelable grâce à l’innovation colorée. Découvrez comment cette technologie révolutionnaire façonne l’avenir de la récolte solaire. (2025)

• Introduction aux Piles Solaires à Colorant (DSSCs)
• Développement Historique et Événements Clés
• Matériaux de Base et Architecture de Cellule
• Principe de Fonctionnement : Comment les DSSCs Convertissent la Lumière en Électricité
• Performance Comparative : DSSCs contre Piles Solaires à Base de Silicium
• Avancées Récentes et Améliorations de l’Efficacité
• Principaux Acteurs de l’Industrie et Institutions de Recherche (e.g., ieee.org, nrel.gov)
• Tendances du Marché et Intérêt Public : Prévisions de Croissance 2024–2030
• Défis : Stabilité, Scalabilité et Commercialisation
• Perspectives d’Avenir : Innovations, Applications et Impact sur la Durabilité
• Sources & Références

Introduction aux Piles Solaires à Colorant (DSSCs)

Les Piles Solaires à Colorant (DSSCs) représentent une classe de dispositifs photovoltaïques de troisième génération qui offrent une alternative prometteuse aux cellules solaires à base de silicium conventionnelles. Conçues pour la première fois au début des années 1990, les DSSCs utilisent un colorant photosensible pour absorber la lumière du soleil et générer de l’électricité à travers un processus qui imite la photosynthèse naturelle. La structure de base se compose généralement d’une couche poröse de nanoparticules de dioxyde de titane recouverte d’un colorant absorbant la lumière, d’une solution électrolytique et d’une électrode de contre. Ce design permet aux DSSCs de fonctionner efficacement dans des conditions de lumière diffuse et à divers angles, les rendant particulièrement adaptées aux applications en intérieur et à faible luminosité.

À partir de 2025, les DSSCs attirent de nouveau l’attention grâce aux avancées en science des matériaux et en techniques de fabrication. Les développements récents se sont concentrés sur l’amélioration de la stabilité, de l’efficacité et de la scalabilité de ces cellules. Notamment, l’intégration de nouveaux colorants organiques et sans métal, ainsi que d’électrolytes à l’état solide, a conduit à des améliorations significatives dans les performances et la longévité des dispositifs. Par exemple, des groupes de recherche affiliés à l’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), une institution de premier plan dans l’innovation des DSSCs, ont rapporté des rendements de conversion d’énergie dépassant 15 % sous illumination standard, réduisant l’écart avec les photovoltaïques traditionnels en silicium.

Les DSSCs se distinguent également par leur potentiel de production à faible coût et leur flexibilité de conception. Contrairement aux panneaux en silicium rigides, les DSSCs peuvent être fabriquées sur des substrats légers et flexibles, permettant leur intégration dans des matériaux de construction, des dispositifs électroniques portables et des appareils portables. Cette polyvalence a attiré l’intérêt des acteurs académiques et industriels. Des organisations telles que l’ Institut Fraunhofer des Systèmes Solaires en Allemagne explorent activement des processus de fabrication évolutifs et des scénarios de déploiement dans le monde réel pour les DSSCs.

En regardant vers les prochaines années, les perspectives pour les DSSCs sont façonnées par des efforts continus pour relever des défis clés, y compris la stabilité opérationnelle à long terme et le développement de composants respectueux de l’environnement. L’Union Européenne et d’autres organismes gouvernementaux soutiennent des projets de recherche et de démonstration visant à commercialiser la technologie des DSSCs, en particulier pour des applications où les photovoltaïques traditionnels sont moins efficaces. À mesure que la demande mondiale pour des solutions énergétiques durables et adaptables croît, les DSSCs sont prêtes à jouer un rôle de plus en plus important dans la diversification du paysage de l’énergie solaire.

Développement Historique et Événements Clés

Les piles solaires à colorant (DSSCs) ont évolué de manière significative depuis leur création, avec 2025 marquant plus de trois décennies de recherche et de développement. La percée fondamentale a eu lieu en 1991, lorsque Michael Grätzel et Brian O’Regan ont introduit la première DSSC efficace, souvent appelée cellule « Grätzel ». Cette innovation utilisait une électrode en dioxyde de titane (TiO₂) mésopore sensibilisée par un colorant à base de ruthénium, atteignant une efficacité de conversion d’environ 7 %. Ce jalon a démontré la faisabilité des dispositifs photovoltaïques flexibles et à faible coût et a suscité un intérêt mondial pour la recherche.

Tout au long des années 2000 et 2010, des améliorations progressives ont été réalisées tant en efficacité qu’en stabilité. Les jalons clés comprenaient le développement de nouveaux colorants organiques et sans métal, des avancées dans les électrolytes à l’état solide, et l’introduction de médiateurs redox alternatifs pour remplacer le système traditionnel iodure/triiodure. Au début des années 2020, les DSSCs à l’échelle laboratoire avaient atteint des rendements de conversion d’énergie dépassant 14 % sous illumination standard, avec certains rapports indiquant plus de 30 % d’efficacité dans des conditions de faible luminosité ou en intérieur, les rendant attrayantes pour des applications telles que l’alimentation de dispositifs de l’Internet des objets (IoT) et de capteurs d’intérieur.

Ces dernières années, plusieurs organisations ont joué des rôles clés dans l’avancée de la technologie DSSC. L’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), où le groupe de Grätzel demeure un leader, continue de repousser les limites de l’efficacité et de la stabilité. Le Laboratoire National des Énergies Renouvelables (NREL) aux États-Unis maintient une base de données complète des records d’efficacité photovoltaïque, y compris les DSSCs, et soutient des efforts de recherche collaboratifs. Oxford PV, un spin-off de l’Université d’Oxford, a contribué à la commercialisation des cellules solaires sensibilisées par pérovskite et hybrides, qui partagent certains principes avec les DSSCs.

La période précédant 2025 a vu les DSSCs passer de la recherche académique à la commercialisation précoce. Des entreprises telles que GCell et Exeger ont lancé des produits basés sur les DSSC visant des marchés de niche, y compris des dispositifs électroniques autonomes et des photovoltaïques intégrés dans les bâtiments. Ces efforts sont soutenus par des collaborations internationales et un financement d’organisations comme l’ Agence Internationale de l’Énergie (AIE), qui reconnaît les DSSCs comme une technologie prometteuse pour l’énergie solaire de nouvelle génération.

Regardant vers l’avenir, les quelques prochaines années devraient se concentrer sur l’augmentation de la production, l’amélioration de la stabilité opérationnelle à long terme et la réduction des coûts. L’intégration de nouveaux matériaux—tels que les couples redox à base de cobalt, les colorants avancés et les substrats flexibles—devrait également entraîner des gains de performance supplémentaires. À mesure que les DSSCs continuent de mûrir, leurs propriétés uniques, y compris la transparence, la possibilité de modification de la couleur et des performances supérieures sous lumière diffuse, les positionnent comme une technologie complémentaire aux photovoltaïques traditionnels en silicium, surtout dans les applications émergentes et les environnements urbains.

Matériaux de Base et Architecture de Cellule

Les piles solaires à colorant (DSSCs) continuent d’attirer un intérêt de recherche et commercial significatif en 2025 en raison de leur combinaison unique de matériaux à faible coût, de flexibilité et de potentiel d’intégration dans une variété de surfaces. L’architecture de base des DSSCs se compose généralement d’un photoanode fabriqué à partir d’une couche mésopore de dioxyde de titane (TiO₂), d’un colorant sensibilisant, d’un électrolyte contenant un médiateur redox et d’une électrode de contre, souvent revêtue de matériaux à base de platine ou de carbone.

Les dernières années ont vu des avancées notables dans chacun de ces composants de base. Le photoanode reste principalement à base de TiO₂, mais la recherche s’oriente de plus en plus vers des morphologies nanostructurées et des oxydes métalliques alternatifs tels que l’oxyde de zinc (ZnO) et l’oxyde d’étain (SnO₂) pour améliorer le transport des électrons et réduire les pertes de recombinaison. Le choix du colorant évolue également : bien que les complexes à base de ruthénium aient longtemps été la norme en raison de leur stabilité et de leur large absorption, les colorants organiques et les sensibilisants sans métal gagnent en popularité pour leurs coûts inférieurs et leurs avantages environnementaux. En 2025, les systèmes à base de pérovskite sensibilisée et co-sensibilisée sont activement explorés pour élargir davantage le spectre d’absorption et améliorer l’efficacité.

L’électrolyte, traditionnellement un couple redox iodure/triiodure (I^–/I₃^–) sous forme liquide, est un point central d’innovation. Les électrolytes liquides, bien que efficaces, posent des problèmes liés aux fuites et à la stabilité à long terme. En conséquence, des électrolytes quasi-solides et à état solide, y compris des gels polymères et des liquides ioniques, sont développés pour améliorer la durabilité des dispositifs et permettre des applications pratiques. Ces avancées sont critiques pour la commercialisation des DSSCs, en particulier pour les photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV) et l’électronique portable.

Du côté de l’électrode de contre, le platine demeure le benchmark pour l’activité catalytique, mais le coût et la rareté poussent les recherches vers des alternatives telles que les nanotubes de carbone, le graphène et des composés de métaux de transition. Ces matériaux offrent des performances prometteuses et une meilleure scalabilité, en accord avec les objectifs de durabilité de l’industrie solaire.

L’architecture des DSSCs est également adaptée à de nouvelles applications. Des substrats flexibles, des conceptions de cellule en tandem et des configurations semi-transparentes sont en cours de développement actif, permettant l’intégration dans des fenêtres, des façades et des dispositifs portables. Des organisations telles que l’ Institut Fraunhofer des Systèmes Solaires et l’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) sont à la pointe de ces innovations, avec des projets en cours ciblant à la fois des améliorations d’efficacité et un déploiement dans le monde réel.

À l’avenir, les prochaines années devraient se concentrer sur l’optimisation supplémentaire des matériaux de base et de l’architecture de cellule, en mettant l’accent sur la stabilité, la scalabilité et l’impact environnemental. La convergence de la science des matériaux, de la nanotechnologie et de l’ingénierie des dispositifs devrait rapprocher les DSSCs d’une adoption commerciale généralisée, en particulier sur des marchés de niche où leurs propriétés uniques offrent des avantages clairs.

Principe de Fonctionnement : Comment les DSSCs Convertissent la Lumière en Électricité

Les piles solaires à colorant (DSSCs) représentent une classe distincte de dispositifs photovoltaïques qui imitent la photosynthèse naturelle pour convertir la lumière du soleil en électricité. Leur principe de fonctionnement repose sur le processus photoélectrochimique, qui implique plusieurs composants clés : un substrat d’oxyde conducteur transparent (TCO), un semi-conducteur mésopore (typiquement le dioxyde de titane, TiO₂), un colorant sensibilisant, un électrolyte contenant un médiateur redox, et une électrode de contre. En 2025, les efforts de recherche et de développement en cours affinent chacun de ces composants pour améliorer l’efficacité, la stabilité et la scalabilité.

Le processus commence lorsque des photons de la lumière du soleil frappent les molécules de colorant adsorbées sur la surface de la couche de TiO₂. Le colorant, souvent un complexe à base de ruthénium ou, de plus en plus, des alternatives organiques et à base de pérovskite, absorbe la lumière visible et devient photoexcité. Cette excitation provoque l’injection d’un électron de l’état excité du colorant dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO₂. L’électron se percole ensuite à travers les nanoparticules de TiO₂ interconnectées et est collecté au niveau de l’anode TCO, généralement en verre d’oxyde d’étain dopé au fluor (FTO).

Dans le même temps, la molécule de colorant oxydée est régénérée en acceptant des électrons du médiateur redox dans l’électrolyte, communément un couple iodure/triiodure (I^–/I₃^–). Le médiateur redox, à son tour, est régénéré à l’électrode de contre, souvent recouverte de platine ou de matériaux à base de carbone, complétant ainsi le circuit. Cette séquence d’absorption de lumière, d’injection d’électrons, de régénération du colorant et de transport de charges sous-tend le fonctionnement des DSSCs.

Les avancées récentes, comme rapporté par des organisations telles que l’ Institut Fraunhofer des Systèmes Solaires et l’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), se sont concentrées sur l’amélioration de la photostabilité des colorants, le développement d’électrolytes à base de cobalt et à état solide pour remplacer les systèmes liquides volatils, et l’ingénierie de nouvelles nanostructures semi-conductrices pour un transport électronique amélioré. En 2023, des chercheurs de l’EPFL ont atteint une efficacité de conversion d’énergie certifiée dépassant 15 % pour les DSSCs sous illumination standard, un jalon important pour la technologie.

À l’horizon de 2025 et au-delà, les perspectives pour les DSSCs semblent prometteuses, notamment pour des applications dans les photovoltaïques intégrés dans les bâtiments (BIPV), la récolte d’énergie intérieure, et l’électronique flexible. La capacité unique des DSSCs à fonctionner efficacement sous lumière diffuse et leur couleur et transparence ajustables les rendent attrayantes pour les applications solaires de nouvelle génération. Une collaboration continue entre institutions académiques et leaders industriels est attendue pour optimiser davantage le principe de fonctionnement et la viabilité commerciale des DSSCs dans les années à venir.

Performance Comparative : DSSCs contre Piles Solaires à Base de Silicium

Les piles solaires à colorant (DSSCs) continuent d’attirer un intérêt significatif en recherche et commercialisation en 2025, surtout en tant qu’alternative potentielle aux technologies photovoltaïques à base de silicium conventionnelles. La performance comparative des DSSCs et des cellules solaires à base de silicium est déterminée par plusieurs paramètres clés : l’efficacité de conversion d’énergie (ECE), la stabilité, le coût, et la flexibilité d’application.

Les cellules solaires à base de silicium, en particulier les modules en silicium cristallin (c-Si), demeurent la technologie dominante sur le marché mondial du photovoltaïque. À partir de 2025, les modules commerciaux en c-Si atteignent régulièrement des ECE comprises entre 20 et 23 %, avec des records de laboratoire dépassant les 26 % pour les cellules monocristallines. Ces cellules se caractérisent par une grande durabilité, avec une durée de vie opérationnelle dépassant les 25 ans, et sont soutenues par une infrastructure de fabrication mature. L’ Agence Internationale de l’Énergie (AIE) continue de rapporter que le photovoltaïque en silicium représente plus de 90 % des installations solaires annuelles dans le monde.

En revanche, les DSSCs affichent généralement des ECE inférieures. Les avancées récentes en chimie des sensibilisateurs, en formulation d’électrolytes et en ingénierie des électrodes ont permis aux DSSCs de laboratoire d’atteindre des rendements de 14 à 15 % dans des conditions de test standard, comme rapporté par des institutions de recherche de premier plan et des projets collaboratifs. Cependant, les modules commerciaux de DSSC fonctionnent généralement à une efficacité de 7 à 11 %, selon le design et l’application spécifiques. Notamment, les DSSCs maintiennent des performances relativement stables sous lumière diffuse et à des angles non optimaux, ce qui les rend attrayantes pour des environnements intérieurs et à faible luminosité où les cellules en silicium manquent de performance.

La stabilité et la longévité demeurent des défis pour les DSSCs, en particulier en raison de l’utilisation d’électrolytes liquides, qui peuvent être sujet à des fuites et à une dégradation. La recherche en cours en 2025 se concentre sur des électrolytes à état solide et quasi-solide pour améliorer la durée de vie opérationnelle, certains prototypes montrant des performances stables sur plusieurs années d’essais accélérés. L’ Association Helmholtz, une grande organisation de recherche allemande, se classe parmi celles qui mènent des efforts pour améliorer la durabilité et la scalabilité des DSSCs.

Le coût est un autre facteur distinctif. Les DSSCs peuvent être fabriquées à l’aide de procédés à basse température et de matériaux peu coûteux, réduisant potentiellement les temps de retour énergétique et permettant des modules flexibles, légers, et même semi-transparents. Cette polyvalence ouvre de nouveaux marchés dans le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV), l’électronique portable, et les dispositifs IoT—des secteurs où la rigidité et l’opacité du silicium sont des facteurs limitants.

En regardant vers l’avenir, les perspectives pour les DSSCs en 2025 et au-delà sont celles d’une expansion de niche plutôt que d’une concurrence directe avec les photovoltaïques en silicium dans la production d’énergie à grande échelle. Une collaboration continue entre institutions académiques, industrie, et organisations telles que l’ Agence Internationale de l’Énergie est attendue pour affiner davantage la technologie des DSSCs, ciblant des applications spécialisées où leurs propriétés uniques offrent des avantages clairs.

Avancées Récentes et Améliorations de l’Efficacité

Les piles solaires à colorant (DSSCs) ont connu des avancées notables en efficacité et en stabilité en 2025, stimulées par des innovations en science des matériaux et en ingénierie des dispositifs. Traditionnellement, les DSSCs ont été valorisées pour leur fabrication à faible coût, leur flexibilité, et leur capacité à fonctionner sous lumière diffuse, mais leur adoption commerciale a été limitée par des rendements de conversion d’énergie inférieurs par rapport aux photovoltaïques à base de silicium. Cependant, les percées récentes réduisent cet écart et élargissent le potentiel d’application des DSSCs.

Un jalon significatif a été atteint avec le développement de nouveaux colorants organiques et complexes métalliques qui élargissent le spectre d’absorption et améliorent les capacités de récolte de lumière. En 2024, des équipes de recherche ont rapporté des dispositifs DSSC dépassant 15 % d’efficacité de conversion d’énergie sous illumination standard, un record pour la technologie. Ce progrès est attribué à l’intégration de stratégies de co-sensibilisation—utilisant plusieurs colorants pour capturer un plus large éventail de lumière solaire—et à l’ingénierie de nouveaux électrolytes redox qui réduisent les pertes de recombinaison et améliorent le transport de charges.

Un autre domaine de progrès rapide est le remplacement des électrolytes liquides traditionnels par des alternatives à état solide ou quasi-solide. Ces innovations répondent au problème de longue date des fuites et de volatilité des électrolytes, améliorant considérablement la stabilité opérationnelle et la durée de vie des DSSCs. Par exemple, l’utilisation d’électrolytes à base de liquides ioniques et de matrices en gel polymère a permis aux dispositifs de maintenir plus de 90 % de leur efficacité initiale après 1 000 heures de fonctionnement continu à des températures élevées, comme rapporté par plusieurs laboratoires académiques et industriels.

La scalabilité et la polyvalence des DSSCs ont également été renforcées grâce à des avancées dans les techniques de fabrication. Les méthodes d’impression roll-to-roll et de dépôt par jet d’encre sont maintenant utilisées pour produire des modules DSSC de grande surface avec des performances constantes, ouvrant la voie à leur intégration dans des photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV) et dans l’électronique portable. Notamment, des entreprises comme Oxford PV et des institutions de recherche telles que l’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) sont à l’avant-garde de ces développements, avec des projets pilotes démontrant des panneaux DSSC dans des contextes architecturaux réels.

En regardant vers l’avenir, les perspectives pour les DSSCs en 2025 et au-delà sont optimistes. La recherche continue de se concentrer sur une efficacité encore plus élevée—atteignant potentiellement près de 20 %—et sur l’amélioration de la durabilité pour répondre aux exigences de déploiement commercial. Les caractéristiques uniques des DSSCs, telles que leur capacité à fonctionner efficacement dans des environnements à faible luminosité et intérieurs, les positionnent comme une solution prometteuse pour alimenter les dispositifs de l’Internet des objets (IoT) et les fenêtres intelligentes de nouvelle génération. À mesure que les coûts des matériaux continuent de diminuer et que les processus de fabrication se maturent, les DSSCs devraient jouer un rôle de plus en plus important dans le paysage diversifié des technologies solaires.

Principaux Acteurs de l’Industrie et Institutions de Recherche (e.g., ieee.org, nrel.gov)

Les piles solaires à colorant (DSSCs) continuent d’attirer une attention significative de l’industrie et du monde académique en raison de leur potentiel pour des applications photovoltaïques à faible coût, flexibles et semi-transparentes. En 2025, plusieurs grands acteurs de l’industrie et institutions de recherche sont à l’avant-garde de l’avancement de la technologie DSSC, se concentrant sur l’amélioration de l’efficacité, de la stabilité et de la scalabilité.

Parmi les organisations de recherche de premier plan, le Laboratoire National des Énergies Renouvelables (NREL) aux États-Unis demeure un contributeur clé. Le travail continu du NREL comprend le développement de nouveaux matériaux de colorant et de formulations d’électrolyte pour améliorer la stabilité à long terme et l’efficacité des DSSCs. Leur recherche s’étend également à l’intégration des DSSCs dans des photovoltaïques intégrés aux bâtiments (BIPV), visant à tirer parti des propriétés esthétiques et fonctionnelles uniques de la technologie.

En Europe, l’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse, sous la direction du professeur Michael Grätzel, continue d’être un pionnier mondial. Le groupe de Grätzel, crédité de l’invention de la DSSC, se concentre désormais sur l’augmentation des méthodes de production et l’exploration de nouvelles classes de colorants organiques et à base de pérovskite. L’EPFL collabore avec plusieurs partenaires industriels pour combler le fossé entre les percées à l’échelle laboratoire et les produits commerciaux.

Du côté industriel, G24 Power au Royaume-Uni est un fabricant notable spécialisé dans les modules DSSC pour des applications en intérieur et à faible luminosité. L’entreprise a récemment annoncé des partenariats avec des fabricants d’électronique pour intégrer les DSSCs dans des capteurs sans fil et des dispositifs IoT, tirant parti de la capacité de la technologie à capter efficacement la lumière ambiante.

En Asie, Toray Industries au Japon est activement impliqué dans le développement et la commercialisation de matériaux DSSC, se concentrant notamment sur des substrats conducteurs avancés et des technologies d’encapsulation pour améliorer la durabilité des dispositifs. Toray collabore avec des institutions académiques et d’autres acteurs industriels pour accélérer l’adoption des DSSCs dans l’électronique grand public et les solutions de bâtiments intelligents.

À l’avenir, les prochaines années devraient voir une collaboration accrue entre ces principaux acteurs et institutions de recherche, axée sur la surmontée des défis restants tels que la stabilité opérationnelle à long terme et la fabrication à grande échelle. L’implication d’organismes de normalisation internationaux, comme l’ IEEE, devrait également jouer un rôle crucial dans l’établissement de normes de performances et la facilitation de l’adoption plus large de la technologie DSSC sur le marché photovoltaïque mondial.

Tendances du Marché et Intérêt Public : Prévisions de Croissance 2024–2030

Les piles solaires à colorant (DSSCs) gagnent un nouvel intérêt sur le marché photovoltaïque mondial, alors que la demande pour des solutions solaires flexibles, légères et semi-transparentes augmente. À partir de 2025, les DSSCs demeurent une technologie de niche par rapport aux photovoltaïques en silicium grand public, mais plusieurs tendances du marché et indicateurs d’intérêt public suggèrent une période de croissance et de diversification accélérées jusqu’en 2030.

Un moteur clé est l’adaptabilité unique des DSSCs pour l’intégration dans des photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV), des appareils électroniques portables, et la récolte d’énergie intérieure. Contrairement aux cellules en silicium traditionnelles, les DSSCs peuvent fonctionner efficacement sous lumière diffuse et dans une variété de couleurs et de transparences, les rendant attrayantes pour des applications architecturales et grand public. Cette polyvalence se reflète dans les collaborations récentes entre institutions de recherche et secteur industriel, comme les travaux continus de l’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), un centre de premier plan pour l’innovation DSSC, et des partenaires commerciaux visant à accroître la production et le déploiement.

En 2025, plusieurs entreprises avancent dans des projets pilotes et des lignes de fabrication à petite échelle pour les modules DSSC. Par exemple, G24 Power au Royaume-Uni continue de commercialiser des produits à base de DSSC pour des dispositifs IoT en intérieur, tandis que 3GSolar en Israël se concentre sur l’alimentation de capteurs sans fil et d’étiquettes intelligentes. Ces efforts sont soutenus par un écosystème croissant de fournisseurs de matériaux et d’intégrateurs de dispositifs, particulièrement en Europe et en Asie, où les incitations réglementaires pour les technologies de bâtiment vert sont fortes.

L’intérêt public pour des solutions solaires durables et esthétiquement plaisantes alimente également la demande. La capacité des DSSCs à être personnalisées en couleur et en transparence s’aligne sur les tendances en architecture verte et dans l’électronique grand public. Selon des données de l’ Agence Internationale de l’Énergie (AIE), la part mondiale des BIPV et des photovoltaïques spéciaux devrait augmenter régulièrement jusqu’en 2030, les DSSCs contribuant à une part petite mais croissante de ce segment.

En regardant vers l’avenir, les perspectives pour les DSSCs sont prudemment optimistes. Bien que des améliorations d’efficacité et des réductions de coûts soient nécessaires pour une adoption à grande échelle, la recherche en cours—telle que le développement de nouveaux colorants stables et d’électrolytes à l’état solide—suggère que les DSSCs pourraient atteindre une plus large pénétration du marché dans les cinq prochaines années. Les propriétés uniques de la technologie les positionnent pour compléter, plutôt que de rivaliser directement avec, les photovoltaïques conventionnels, en particulier dans des applications où la flexibilité, l’esthétique et la performance en faible luminosité sont prioritaires.

• La croissance dans les marchés BIPV et IoT devrait stimuler l’adoption des DSSC.
• Les collaborations entre institutions de recherche et industrie accélèrent la commercialisation.
• L’intérêt public pour des solutions solaires durables et design favorise l’expansion du marché.
• L’amélioration de l’efficacité et la stabilité sont clés pour débloquer une croissance supplémentaire d’ici 2030.

Défis : Stabilité, Scalabilité et Commercialisation

Les piles solaires à colorant (DSSCs) sont depuis longtemps reconnues pour leur potentiel à fournir des solutions photovoltaïques à faible coût, flexibles, et semi-transparentes. Cependant, à partir de 2025, plusieurs défis critiques continuent d’entraver leur adoption à grande échelle, en particulier dans les domaines de la stabilité, de la scalabilité et de la commercialisation.

La stabilité demeure une préoccupation majeure pour les DSSCs. L’utilisation traditionnelle d’électrolytes liquides, souvent à base de solvants organiques volatils, entraîne des problèmes tels que fuites, évaporation, et dégradation en raison de l’exposition prolongée à la lumière et à la chaleur. Ces facteurs limitent considérablement la durée de vie opérationnelle des DSSCs par rapport aux photovoltaïques établis à base de silicium. Les recherches récentes se sont concentrées sur le développement d’électrolytes à état solide et quasi-solide, ainsi que sur des colorants organiques et inorganiques plus robustes, pour améliorer la durabilité des dispositifs. Par exemple, l’ Association Helmholtz et d’autres organisations de recherche de premier plan enquêtent activement sur de nouveaux matériaux et techniques d’encapsulation pour traiter ces problèmes de stabilité.

La scalabilité est un autre obstacle majeur. Bien que les DSSCs puissent être fabriquées à l’aide de processus à basse température et imprimées sur des substrats flexibles, l’échelle de passage des prototypes de laboratoire à des modules de grande surface introduit de nouvelles complexités. Le chargement uniforme en colorant, le dépôt cohérent des électrodes, et l’étanchéité fiable sont tous plus difficiles à l’échelle. En outre, l’utilisation de matériaux rares ou coûteux, tels que les colorants à base de ruthénium et les électrodes de contre en platine, peut augmenter les coûts et limiter la faisabilité de la production de masse. Des efforts pour remplacer ces composants par des alternatives abondantes sur terre sont en cours, avec des organisations comme l’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)—berceau de la recherche pionnière sur les DSSCs—menant la charge en développant des techniques de fabrication scalables et des matériaux alternatifs.

La commercialisation des DSSCs a connu des progrès incrémentaux, en particulier dans des marchés de niche tels que les photovoltaïques intégrés dans les bâtiments (BIPV) et la récolte d’énergie intérieure, où leurs propriétés uniques (par exemple, transparence, possibilité de modification de la couleur, performance sous lumière diffuse) offrent des avantages distincts. Cependant, la part de marché globale des DSSCs reste faible par rapport aux technologies en silicium et émergentes. Des entreprises telles que G24 Power et Exeger figurent parmi les rares à commercialiser activement des produits à base de DSSC, en se concentrant sur des applications comme les dispositifs IoT et l’électronique portable. Les prochaines années devraient voir de nouveaux progrès en matière de stabilité des dispositifs et de fabrication, mais des percées significatives seront nécessaires pour que les DSSCs puissent rivaliser sur les marchés de l’énergie solaire grand public.

En regardant vers l’avenir, les perspectives pour les DSSCs en 2025 et au-delà dépendront de l’innovation continue dans les sciences des matériaux, l’ingénierie des dispositifs, et les méthodes de production scalables. Des efforts collaboratifs entre institutions académiques, organisations de recherche et industrie seront essentiels pour surmonter les défis persistants de stabilité, de scalabilité et de commercialisation, et pour libérer le plein potentiel de la technologie des piles solaires à colorant.

Perspectives d’Avenir : Innovations, Applications et Impact sur la Durabilité

Les piles solaires à colorant (DSSCs) sont prêtes pour d’importants progrès en 2025 et les années suivantes, grâce à des recherches continues en science des matériaux, en ingénierie des dispositifs, et en durabilité. Les DSSCs, introduites pour la première fois dans les années 1990, ont longtemps été reconnues pour leur capacité à offrir des solutions photovoltaïques à faible coût, flexibles, et semi-transparentes. Les années récentes ont connu un essor de l’innovation, avec un accent sur l’amélioration de l’efficacité, de la stabilité, et de la scalabilité pour répondre aux demandes des marchés énergétiques émergents et des objectifs de durabilité.

Un domaine clé d’innovation est le développement de nouveaux colorants sensibilisateurs et d’électrolytes redox. Les chercheurs se tournent de plus en plus vers des colorants organiques sans métal et des matériaux abondants sur terre pour réduire les coûts et l’impact environnemental. En 2025, plusieurs laboratoires académiques et industriels devraient rapporter des dispositifs DSSC avec des rendements de conversion d’énergie (ECE) dépassant 15 % sous illumination standard, réduisant ainsi l’écart avec les photovoltaïques traditionnels en silicium. Notamment, l’ Association Helmholtz et l’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) sont à la pointe de ces développements, avec des projets en cours visant à la fois l’efficacité et la stabilité opérationnelle à long terme.

Les efforts de commercialisation s’accélèrent également. Des entreprises comme G24 Power et Dyesol (maintenant Greatcell Solar) augmentent la production de modules DSSC pour des applications de niche, y compris la récolte d’énergie intérieure pour des dispositifs Internet des objets (IoT), des photovoltaïques intégrés dans le bâtiment (BIPV), et des appareils électroniques portables. La capacité unique des DSSCs à générer de l’électricité sous lumière diffuse et dans une large gamme de couleurs et de transparences les rend particulièrement attrayantes pour l’intégration dans des fenêtres, des façades, et des produits de consommation.

La durabilité reste un thème central dans la recherche sur les DSSCs. L’utilisation de matériaux non toxiques, recyclables, et de procédés de fabrication à faible énergie s’aligne avec la poussée plus large pour les technologies énergétiques plus vertes. Les évaluations du cycle de vie menées par des organisations comme l’ Agence Internationale de l’Énergie (AIE) suggèrent que les DSSCs pourraient offrir un impact environnemental inférieur par rapport aux cellules solaires conventionnelles à base de silicium, en particulier à mesure que de nouveaux matériaux et des stratégies de recyclage sont adoptés.

En regardant vers l’avenir, les prochaines années devraient voir les DSSCs passer de prototypes de laboratoire à un déploiement commercial généralisé dans des marchés spécialisés. La collaboration continue entre institutions de recherche, industrie et organismes internationaux sera cruciale pour surmonter les défis restants relatifs à la durabilité, à la fabrication à grande échelle et à la réduction des coûts. Avec la demande mondiale croissante pour des technologies solaires durables et polyvalentes, les DSSCs sont bien positionnées pour jouer un rôle significatif dans le paysage évolutif des énergies renouvelables.

Sources & Références

• École Polytechnique Fédérale de Lausanne
• Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems
• National Renewable Energy Laboratory (NREL)
• Oxford PV
• GCell
• Exeger
• International Energy Agency (IEA)
• Helmholtz Association
• IEEE