Performant, ultra-léger, flexible, transparent… Le graphène est un matériau révolutionnaire dans le domaine de l’énergie solaire (et pas seulement) ! Encore en phase de recherche et de développement, il pourrait être introduit dans les couches des panneaux photovoltaïques pour optimiser la production d’électricité, même en temps de pluie ou en cas de faible luminosité. Grâce à sa résistance, sa flexibilité et son faible poids, le panneau solaire en graphène est aussi envisagé pour le domaine de l’aérospatial ou de l’architecture. Mon Kit Solaire fait le point sur ce matériau très prometteur !
En bref
- Le graphène est un matériau révolutionnaire ultra-léger (1 atome d’épaisseur) aux propriétés exceptionnelles : conductivité, transparence et flexibilité.
- Les panneaux solaires en graphène promettent des rendements supérieurs à 35 %, fonctionnent sous la pluie et réduisent les coûts de production.
- Cette technologie en est au stade de recherche et de développement avec des prototypes prometteurs, mais pas encore commercialisés à grande échelle.
- Des entreprises comme Graph EnergyTech travaillent à remplacer l’argent des électrodes par du graphène pour réduire les coûts de 10 %.
Qu’est-ce que le graphène et pourquoi révolutionne-t-il le solaire ?
Le graphène : un matériau aux propriétés exceptionnelles
Découvert en 2004 (prix nobel 2010), le graphène est un matériau composé d’une feuille de carbone d’un atome d’épaisseur, en structure hexagonale. Il présente des propriétés exceptionnelles et pourrait remplacer certains composants des panneaux solaires photovoltaïques.
Ultra-léger et très flexible, il est 200 fois plus résistant que l’acier. Cette résistance permet d’améliorer la durabilité et la longévité d’un panneau solaire.
Il dispose également d’une excellente conductivité électrique et thermique (meilleure que le cuivre). Cette propriété améliore le transport des électrons générés par la lumière et réduit les pertes d’énergie.
Le graphène est presque transparent, avec 97 % de transmission lumineuse. La lumière atteint plus facilement le matériau semi-conducteur (silicium ou pérovskite) en dessous de la première couche de cellule solaire.
Pourquoi utiliser le graphène dans les panneaux solaires ?
En intégrant le graphène dans un panneau solaire, les chercheurs cherchent à rendre les cellules solaires plus performantes, plus flexibles et plus légères, et à pouvoir les utiliser même en cas de luminosité très faible.
Le graphène permet, en effet, de capter une plus large gamme de longueurs d’onde que le silicium. Il améliore l’extraction de l’électricité produite par les cellules, notamment grâce à sa transparence.
Enfin, le graphène permettrait aussi de réduire les coûts de production en remplaçant certains métaux coûteux, comme l’argent, dans la fabrication d’un panneau photovoltaïque.
Comment fonctionnent les panneaux solaires en graphène ?
Technologie des cellules solaires à colorant (DSSC)
Les panneaux solaires en graphène fonctionnent de la même manière que les panneaux traditionnels, mais ils possèdent une plus grande efficacité, de nouvelles fonctionnalités et une meilleure durabilité.
Dans la technologie des cellules solaires à colorant (DSSC, pour Dye-Sensitized Solar Cell), ou cellules de Grätzel, le graphène présente un grand intérêt. Il permet de remplacer la contre-électrode en platine (métal rare et coûteux) et d’améliorer la contre-anode (électrode de travail).
Cette technologie est considérée comme une “terre promise” par l’industrie. Des prototypes de 50 cm² sont développés (ce sont les plus grands à ce jour).
Elle fonctionne en absorbant la lumière, afin de générer du courant électrique. Plus précisément, elle imite la photosynthèse et injecte des électrons du colorant excité vers un semi-conducteur (souvent du dioxyde de titane), puis sont conduits vers une électrode pour créer du courant.
Le graphène comme électrode conductrice
L’entreprise GraphEnergyTech cherche à remplacer et/ou à compléter les matériaux traditionnels coûteux, comme l’argent, par des électrodes de graphène, notamment dans la couche conductrice de surface des modules solaires.
Le graphène est compatible avec les cellules de silicium (SHJ) et à pérovskite. Il peut être appliqué par sérigraphie, raclage ou revêtement.
Lancé en 2025, le projet GETPSC (Graphene Electrode Technology for Perovskite Solar Cells) de GraphEnergyTech, d’un montant de 1,35 million d’euros, vise à remplacer les électrodes en argent dans les modules photovoltaïques.
Panneaux hybrides graphène sous la pluie
Autre application révolutionnaire du graphène : la possibilité de fonctionner sous la pluie ou par faible luminosité. Cette technologie de panneaux hybrides est appelée “pluvio-photovoltaïque” (all-weather).
Une couche de graphène est utilisée comme nanogénérateur triboélectrique (TENG), permettant de convertir l’énergie mécanique (frottement et contact) en énergie électrique. Ainsi, elle capture les gouttes de pluie et les transforme en électricité. Ces panneaux (“pluviaires”) ont un fonctionnement dual : soleil ou pluie.
À NOTER
Cette innovation est due à des chercheurs chinois de l’Université de l’Océan et du Yunnan.
Quels sont les avantages des panneaux solaires en graphène ?
Performances et rendement améliorés
La technologie du graphène solaire apporte des avantages significatifs au niveau de la performance et du rendement :
- un rendement potentiel de plus de 35 %, contre 20 à 22 % pour des panneaux silicium standards ;
- une production énergétique multipliée par 4 en faible luminosité ;
- un fonctionnement optimal entre -40 et +85 °C ;
- une stabilité remarquable en conditions extrêmes.
Légèreté et flexibilité révolutionnaires
Un panneau photovoltaïque en graphène apporte une véritable révolution pour la flexibilité et la légèreté des modules :
- ultra-légère, la cellule solaire en graphène permet des applications en aérospatial, ou pour les drones et les satellites ;
- ces panneaux sont très flexibles, ce qui est idéal pour des surfaces courbes ;
- ils permettent une installation facilitée sur toutes les surfaces ;
- leur poids réduit permet de les installer sur des structures fragiles.
Transparence et intégration urbaine
Cette innovation pour panneau solaire a d’autres avantages :
- ces panneaux semi-transparents sont parfaits pour les fenêtres et les façades ;
- ils permettent ainsi de produire de l’énergie tout en laissant passer la lumière, par exemple pour une fenêtre photovoltaïque ;
- les vitres photovoltaïques sont 50 fois plus performantes que les toitures.
Le panneau solaire transparent est la solution idéale pour les bâtiments intelligents et les zones urbaines !
Réduction des coûts de production
Autre avantage d’un panneau solaire en graphène et pas des moindres : la possibilité de réduire le coût de production (et donc le prix d’une installation solaire pour les particuliers et les professionnels).
L’argent représente 10 % des coûts de fabrication d’un module solaire, soit environ 3 milliards de dollars par an. En plus de l’argent, le graphène permet de réduire les coûts de production d’environ 25 %, d’après les dernières projections.
Issu du carbone, c’est une matière première abondante, ce qui aiderait à réduire l’utilisation des matériaux rares (et coûteux).
À NOTER
Son processus de fabrication est compatible avec les lignes existantes et peut utiliser l’impression 3D.
Inconvénients et limites actuelles
Une technologie encore en développement
Très prometteur pour le panneau solaire du futur, le déploiement du graphène se heurte encore à des limites techniques et économiques.
Les prototypes développés sont fonctionnels, mais ne sont pas encore commercialisés à grande échelle. Le rendement actuel est inférieur aux panneaux standards de silicium. La recherche est donc en cours pour optimiser les performances et la puissance des surfaces.
À NOTER
En 2025, la disponibilité est donc limitée pour les particuliers et les entreprises, mais l’avenir devrait y remédier !
Le coût de production du graphène encore élevé
La production de graphène de haute qualité est encore trop coûteuse. Même si le carbone est abondant, un feuillet de graphène monocouches de haute qualité reste coûteux et le procédé de fabrication complexe.
Ceci freine l’adoption massive de cette technologie. L’objectif consiste à baisser progressivement les coûts avec l’industrialisation et à débloquer les investissements nécessaires pour une montée en échelle.
La durabilité à long terme non prouvée
Sur le long terme, la durabilité et l’efficacité de cette nouvelle technologie n’ont pas encore été prouvées. Il y a un manque de recul sur la tenue dans le temps (qui nécessite plus de 25 ans).
Il faut, par exemple, valider la résistance aux UV et aux intempéries, comme la grêle, sur la longue durée. De plus, les tests en conditions réelles sont encore limités. Autant dire que les garanties fabricants sont existantes à ce stade !
| Avantages | Inconvénients |
| Rendement potentiel de plus de 35 % Très bonne production d’électricité, même par faible luminosité Production d’énergie sous la pluie Très bonne stabilité en conditions extrêmes Très léger, idéal pour l’aérospatial ou les surfaces fragiles Flexible, parfait pour les surfaces courbes et l’installation Transparence, pour une intégration dans les vitrages et sur les façades Réduction possible des coûts de production d’un panneau solaire (d’environ 25 %) | Encore en phase de développement (pas de commercialisation pour les particuliers actuellement) Rendement pour le moment inférieur aux panneaux standards (mais prometteur) Technologie encore trop coûteuse Manque de recul (moins de 25 ans) sur la durabilité et la productivité |
Projets et entreprises pionnières
GraphEnergyTech : Spin-off EPFL et Cambridge
GraphEnergyTech est une entreprise britannique qui opère en Suisse. Ses fondateurs, Michael Grätzel (EPFL) et Andrea Ferrari (Cambridge) ont mis au point une technologie brevetée d’électrodes en graphène et ont obtenu une levée de fonds d’un million de livres sterling menée par Aramco Ventures.
Leurs projets se déploient aujourd’hui sur les cellules solaires à hétérojonction silicium (SHJ) et à pérovskite. Depuis peu, l’entreprise a un partenariat avec l’Université de Cambridge (Taïwan Perovskite Solar Corp). Elles développent ensemble le projet GETPSC (Graphene Electrode Technology for Perovskite Solar Cells).
Les autres acteurs de la recherche du graphène
D’autres acteurs peuvent être cités pour le développement de la technologie du graphène solaire :
- FreeVolt est une entreprise qui s’implique également dans la recherche et le développement de panneaux en graphène brevetés ;
- une ferme solaire en graphène-perovskite a été installée en Grèce (avec une production stable depuis 2020) ;
- des chercheurs italiens ont mis au point des prototypes semi-transparents de 50 cm² ;
- des chercheurs du MIT se penchent sur les applications spatiales du graphène (satellites et drones).
Applications futures et potentiel
Intégration architecturale : fenêtres et façades
Le graphène est souvent qualifié de matériau miracle pour le futur. Différentes applications sont en cours de recherche, dont le remplacement des vitrages standards par un vitrage solaire en graphène et la façade énergétique.
L’objectif serait de créer des immeubles autosuffisants en énergie, avec génération d’électricité grâce aux vitrages et une réduction des besoins en climatisation (filtrage de la lumière) et en chauffage.
À NOTER
Le graphène est un matériau qui sera sûrement présent dans l’architecture du futur avec des bâtiments producteurs d’énergie.
Aérospatial et mobilité
Il joue aussi un rôle dans le domaine de l’aérospatial et de la mobilité. Voici deux exemples :
- l’Airbus A320neo génère désormais 25 kW pendant son vol avec des panneaux en graphène (alimentation des systèmes électriques secondaires) ;
- SpaceX a lancé un projet de voile solaire pour la propulsion de sondes spatiales (tests en microgravité en cours).
Le graphène pour l’énergie solaire permettrait ainsi d’alimenter de manière autonome les drones et les satellites. L’intégration à la carrosserie des véhicules électriques est une application également envisagée.
Applications nomades et portables
Il ne faut pas oublier les utilisations nomades qui peuvent être faites du graphène en panneau solaire :
- pour les camping-cars et les vans aménagés ;
- pour les équipements portables (sac à dos solaire, par exemple) ;
- pour les smartphones et les tablettes (écrans photovoltaïques) ;
- pour le textile intelligent (vêtements solaires).
Quand pourrez-vous acheter des panneaux graphène ?
État actuel du marché en 2025
En 2025, le marché du panneau solaire en graphène en est à l’état de recherche et de prototypes. Ceux-ci sont fonctionnels, mais leur commercialisation est encore limitée et les chercheurs n’ont pas le recul nécessaire sur la productivité (plus de 25 ans).
Des projets pilote sont en cours (ferme solaire en Grèce, tests industriels, aérospatial…), mais cette innovation pour panneau solaire n’est pas encore disponible pour les particuliers en France.
Conseil Mon Kit Solaire
Les premières prévisions de commercialisation donnent des dates autour de 2027 à 2030, selon les experts. Ce n’est pas si loin pour profiter du panneau solaire du futur !
Ce qu’il faut surveiller pour anticiper l’arrivée
Si vous êtes impatient, vous pouvez surveiller les dernières innovations et les nouveautés concernant le développement du graphène.
Les entreprises leaders de cette technologie (GraphEnergyTech ou FreeVolt) publient des annonces. Des salons technologiques se tiennent dans l’année, comme le Hub technologique de Milan, et font le point sur les dernières technologies.
Vous pouvez également lire les publications scientifiques sur les rendements et les innovations du graphène solaire, ou sur les partenariats industriels qui devraient bientôt voir le jour avec des fabricants de panneaux photovoltaïques.
En attendant : les alternatives haute performance
En attendant la révolution des panneaux solaires graphène (hybride ou tout-graphène), vous pouvez vous tourner vers des panneaux bifaciaux qui promettent plus de 30 % de production.
La technologie tandem en silicium et pérovskite offre un rendement de 30 à 33 %. Quant aux panneaux monocristallins N-type TOPCon, ils varient entre 22 et 24 %.
Votre installation solaire doit être adaptée à vos besoins et à la structure de votre toit. Les solutions Mon Kit Solaire sont disponibles dès aujourd’hui : profitez de technologies éprouvées et à la pointe des innovations !
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