Une start-up issue du MIT développe des panneaux solaires légers
Joel Jean PhD ’17 a passé deux ans à travailler sur L’avenir de l’énergie solaireun rapport publié par le MIT Energy Initiative (MITEI) en 2015. Aujourd’hui, il s’efforce de créer cet avenir en tant que PDG de Swift Solar, une start-up qui développe des panneaux solaires légers à base de semi-conducteurs pérovskites.
Le chemin n’a pas été droit, mais Jean dit que sa motivation – qu’il partage avec ses cinq cofondateurs – est la volonté de lutter contre le changement climatique. « Le monde entier commence enfin à voir la menace du changement climatique et à comprendre que l’énergie propre présente de nombreux avantages. C’est pourquoi nous voyons un potentiel si énorme pour les nouvelles technologies énergétiques », dit-il.
Max Hoerantner, co-fondateur et vice-président de l’ingénierie de Swift Solar, est d’accord. « C’est très motivant d’avoir l’opportunité de mettre un coup d’arrêt à la crise du changement climatique avec la technologie que nous avons développée pendant nos doctorats et post-doctorats ».
L’équipe internationale de fondateurs de la société – venus des Pays-Bas, d’Autriche, d’Australie, du Royaume-Uni et des États-Unis – a mis au point un produit susceptible d’accroître considérablement l’utilisation de l’énergie solaire : une cellule solaire très légère, super-efficace, peu coûteuse et évolutive.
Jean et Hoerantner ont également une expérience de la constitution d’une équipe de recherche sur l’énergie solaire, acquise en travaillant à Tata-MIT Solaire à la pointe du réseauCe programme de recherche interdisciplinaire, financé par les Tata Trusts et géré par le MITEI, vise à mettre au point un système solaire évolutif. Centre Tata pour la technologie et le design.
« Les inventions et les avancées techniques de Swift Solar ont l’opportunité de révolutionner le format de la technologie solaire photovoltaïque », déclare Vladimir BulovićLe professeur Fariborz Maseeh (1990), professeur de technologie émergente au département d’ingénierie électrique et d’informatique du MIT, directeur du MIT.nano et conseiller scientifique pour Swift Solar.
Tandem photovoltaïque
Le produit commence par les pérovskites – une catégorie de matériaux bon marché, abondants et très efficaces pour absorber et émettre la lumière, ce qui en fait de bons semi-conducteurs pour la conversion de l’énergie solaire.
L’utilisation des pérovskites pour la production d’énergie solaire a pris son essor il y a environ 10 ans, car ces matériaux peuvent convertir la lumière du soleil en électricité de manière beaucoup plus efficace que le silicium cristallin généralement utilisé dans les panneaux solaires aujourd’hui. Ils sont également légers et flexibles, alors que le silicium cristallin est si fragile qu’il doit être protégé par un verre rigide, ce qui fait que la plupart des panneaux solaires actuels sont à peu près aussi grands et lourds qu’une porte de patio.
De nombreux chercheurs et entrepreneurs se sont empressés de capitaliser sur ces avantages, mais Swift Solar possède deux technologies de base que ses fondateurs considèrent comme leur avantage concurrentiel. Tout d’abord, ils utilisent deux couches de pérovskites en tandem pour accroître l’efficacité. « Nous mettons deux cellules solaires pérovskites empilées l’une sur l’autre, chacune absorbant différentes parties du spectre », explique M. Hoerantner. Ensuite, Swift Solar utilise un procédé de dépôt évolutif breveté pour créer ses films de pérovskite, ce qui réduit les coûts de fabrication.
« Nous sommes la seule entreprise qui se concentre sur les tandems tout-perovskite à haut rendement. Ils sont difficiles à fabriquer, mais nous pensons que c’est là que le marché finira par s’orienter », déclare Jean.
« Nos technologies permettent une énergie solaire beaucoup moins chère et plus omniprésente grâce à une production moins chère, des coûts d’installation réduits et une plus grande puissance par unité de surface », déclare Sam Stranks, co-fondateur et conseiller scientifique principal de Swift Solar ainsi que professeur adjoint au département de génie chimique et de biotechnologie de l’université de Cambridge au Royaume-Uni. « D’autres technologies solaires photovoltaïques commerciales peuvent faire l’une ou l’autre chose (fournir soit une puissance élevée, soit un poids léger et une flexibilité), mais pas les deux ».
Selon Bulović, la technologie n’est pas la seule raison pour laquelle il s’attend à ce que l’entreprise ait un impact positif sur le secteur de l’énergie. « Le succès d’une start-up est initié par la qualité des premières idées techniques, mais il est soutenu par la qualité de l’équipe qui construit et développe la technologie », dit-il. « L’équipe de Swift Solar est extraordinaire ».
En effet, les six co-fondateurs de Swift Solar ont ensemble six doctorats, quatre bourses Forbes 30 Under 30 et plus de 80 000 citations. Quatre d’entre eux – Tomas Leijtens, Giles Eperon, Hoerantner et Stranks – ont obtenu leur doctorat à l’université d’Oxford au Royaume-Uni, en travaillant avec l’un des pionniers du photovoltaïque pérovskite, le professeur Henry Snaith. Stranks est ensuite venu au MIT pour travailler avec Bulović, qui est également largement reconnu comme un leader dans le domaine du photovoltaïque de nouvelle génération et un entrepreneur expérimenté. (Bulović est un co-inventeur de certains des brevets que l’entreprise exploite sous licence du MIT).
Stranks a rencontré Jean au MIT, où Hoerantner a ensuite effectué un postdoc en travaillant à GridEdge Solar. Et le sixième co-fondateur, Kevin Bush, a obtenu son doctorat à l’université de Stanford, où Leijtens a fait un postdoc avec le professeur Michael McGehee, un autre grand chercheur en pérovskite et conseiller de Swift. Ce qui les a finalement tous réunis, c’est le désir de s’attaquer au changement climatique.
« Nous avons tous réfléchi indépendamment à la manière dont nous pourrions avoir un impact sur le changement climatique en utilisant la technologie solaire, et une start-up nous a semblé être la seule véritable direction qui pourrait avoir un impact à l’échelle que le climat exige », dit Jean. L’équipe s’est rencontrée pour la première fois lors d’une session Google Hangouts couvrant trois fuseaux horaires au début de 2016. Swift Solar a été officiellement lancé en novembre 2017.
Étude MITEI
Il est intéressant de noter que Jean dit que c’était son travail sur L’avenir de l’énergie solaire – plutôt que son travail au laboratoire – qui a le plus contribué à son rôle dans la fondation de Swift Solar. L’équipe d’étude composée de plus de 30 experts, dont Jean et Bulović, a étudié le potentiel d’expansion de la capacité de production d’énergie solaire à l’échelle de plusieurs térawatts d’ici le milieu du siècle. Ils ont déterminé que le principal objectif de la politique solaire américaine devrait être de jeter les bases d’une augmentation massive de la production d’énergie solaire au cours des prochaines décennies.
« J’ai travaillé sur le point quantique et les cellules solaires organiques pendant la plus grande partie de mon doctorat, mais j’ai aussi passé beaucoup de temps à étudier la politique et l’économie de l’énergie, à parler aux entrepreneurs et à réfléchir à ce qu’il faudrait pour réussir sur le marché solaire de demain. Cela m’a permis d’être moins attachée à une seule technologie », explique Jean.
Le travail de Jean sur cette étude a donné lieu à une publication très citée, « Voies pour le photovoltaïque solaire” dans les sciences de l’énergie et de l’environnement (2015), et à son rôle de leader fondateur de GridEdge Solar. « Les avancées techniques et les connaissances acquises dans le cadre de ce programme ont contribué à faire de Swift Solar une plaque tournante pour les nouvelles technologies solaires légères », déclare Bulović.
Swift Solar a également bénéficié de l’écosystème entrepreneurial du MIT, dit Jean, en précisant qu’il a suivi 15.366 (MIT Energy Ventures), un cours sur la création de startups, et a obtenu l’aide du Venture Mentoring Service. « Il y a eu beaucoup d’expériences de ce genre qui ont vraiment éclairé la direction que nous avons prise en tant qu’entreprise », dit-il.
Stranks ajoute : « Le MIT a fourni un environnement florissant pour l’exploration d’idées de commercialisation parallèlement à notre développement technologique. Très peu d’endroits pouvaient combiner les deux de manière aussi dynamique ».
Swift Solar a levé son premier cycle de financement en 2018 et s’est installé dans la région de la baie de Californie l’été dernier après avoir été incubé pendant un an au laboratoire national des énergies renouvelables du ministère américain de l’énergie à Golden, dans le Colorado. L’équipe travaille maintenant à développer ses procédés de fabrication afin de pouvoir faire passer sa technologie du laboratoire au marché.
Les fondateurs affirment que leur premier objectif est de développer des produits spécialisés à haute performance pour des applications qui exigent une grande efficacité et un poids léger, comme les véhicules aériens sans pilote et d’autres applications mobiles. « Partout où il y a un besoin d’énergie solaire et de panneaux légers qui peuvent être déployés de manière flexible, nos produits trouveront une bonne utilisation », déclare M. Hoerantner.
La mise à l’échelle prendra du temps, mais les membres de l’équipe affirment que les enjeux élevés liés au changement climatique font que tous les efforts en valent la peine.
« Ma vision est que nous pourrons nous développer rapidement et efficacement pour réaliser nos premiers produits dans les deux prochaines années, et pour fournir des panneaux pour des applications solaires sur les toits et à l’échelle des services publics à plus long terme, aidant le monde à se transformer rapidement en un avenir électrifié et à faible émission de carbone », déclare M. Stranks.
Cet article figure dans le Printemps 2020 la question de Avenir énergétiquele magazine de l’initiative énergétique du MIT.