An Independent Post-Publication Bioindicator Study Supplementing the Environmental-Safety Discussion of Fiber-Based Perovskite Solar Cells

Imaginez un futur où les vêtements que nous portons, les sacs que nous transportons et les tentes que nous installons dans la nature sont tous alimentés par le soleil. Des scientifiques travaillent sur un moyen de transformer des fils flexibles en de minuscules centrales électriques, en les tissant dans des tissus pour créer de l'électronique portable. Ces dispositifs, connus sous le nom de cellules solaires à base de fibres, sont fabriqués à partir d'un matériau cristallin spécial qui est excellent pour capturer la lumière mais qui contient une petite quantité de plomb. Bien que le plomb soit un élément courant dans de nombreuses technologies, il est toxique pour les êtres vivants, et il existe une réelle inquiétude quant au fait que si ces dispositifs flexibles se cassent ou se dégradent dans le sol, le plomb puisse s'en échapper et nuire aux plantes et aux animaux environnants. La grande question pour quiconque souhaite utiliser cette technologie en extérieur est simple : pouvons-nous envelopper ces dispositifs dans une coque protectrice qui garde le plomb verrouillé à l'intérieur, même lorsque le dispositif est endommagé ou enterré dans le sol ?

Un chercheur de l'Université de science et de technologie de Pékin s'est donné pour mission de répondre à cette question par une expérience directe et concrète. Au lieu de s'appuyer sur des modèles informatiques complexes ou des prédictions théoriques, l'étude a placé de véritables fils de cellules solaires dans un environnement de jardin simplifié pour voir ce qu'il se passait au fil du temps. Le scientifique a utilisé un type spécifique d'herbe, connue pour sa capacité à absorber les métaux lourds du sol, comme détecteur vivant. Si le plomb s'échappait des cellules solaires, l'herbe l'absorberait par ses racines et le transporterait dans ses feuilles et ses tiges. En mesurant la quantité de plomb à l'intérieur de l'herbe après trois mois, le chercheur pouvait déterminer exactement l'efficacité de la protection offerte par l'enveloppe.

L'expérience a comparé deux groupes de fils de cellules solaires. Un groupe a été laissé nu, exposé directement au sol et à l'humidité, tandis que l'autre a été étroitement enveloppé dans un film plastique flexible appelé élastomère polyoléfine. Ce film est couramment utilisé dans l'industrie solaire car il est robuste et résistant à l'eau. Le chercheur a mis en place le test de trois manières différentes pour simuler des scénarios réels : placer les dispositifs à la surface du sol, les enterrer près de la base de la plante, et les positionner du côté opposé du contenant pour voir si la distance importait. Pendant une période de quatre-vingt-dix jours, l'herbe a été arrosée et surveillée, et des échantillons de ses tissus ont été collectés tous les quelques jours pour être analysés afin de déterminer la teneur en plomb.

Les résultats ont été frappants. Dans le groupe où les cellules solaires étaient laissées sans protection, l'herbe a absorbé une quantité significative de plomb, montrant que le matériau fuyait effectivement dans l'environnement. Cependant, dans le groupe où les dispositifs étaient enveloppés dans le film plastique protecteur, la quantité de plomb trouvée dans l'herbe était considérablement plus faible. Après quatre-vingt-dix jours, le signal de plomb dans les plantes entourant les dispositifs enveloppés n'était qu'environ un dixième de celui trouvé dans les plantes proches des dispositifs nus. Cette différence restait vraie, que les dispositifs soient posés sur le dessus du sol, enterrés à proximité ou placés plus loin. Les données suggèrent que le film plastique agit comme une barrière puissante, empêchant le plomb de s'échapper du dispositif et d'atteindre la plante.

L'étude explique que cette protection fonctionne non seulement parce que le plastique est un mur physique, mais aussi en raison de sa nature chimique. Le film est composé de longues chaînes de molécules qui n'attirent ni l'eau ni les ions comme le plomb. Lorsque l'eau tente de pénétrer dans le film pour dissoudre le plomb à l'intérieur de la cellule solaire, elle est repoussée. De plus, même si de minuscules quantités de plomb parviennent à entrer dans le plastique, le matériau ne propose aucun « point d'accroche » chimique pour que le plomb puisse s'y agripper et se déplacer. Le plomb reste coincé, incapable de former un chemin vers le monde extérieur. Le film amortit également le dispositif, absorbant les contraintes de flexion et de frottement contre le sol, ce qui empêche la cellule solaire située à l'intérieur de se fissurer et de libérer son contenu.

Il est important de noter ce que cette étude prouve et ce qu'elle ne prouve pas. Le chercheur a pris soin de préciser qu'il s'agissait d'un test de laboratoire utilisant un type spécifique d'herbe et une configuration de sol simplifiée. Bien que les résultats montrent fortement que le film plastique réduit la quantité de plomb qui devient disponible pour les plantes, cette expérience unique ne constitue pas une évaluation complète de la sécurité pour chaque environnement ou écosystème possible. Le test a mesuré la quantité totale de plomb qui pouvait être extraite de l'herbe, mais il n'a pas identifié les formes chimiques spécifiques que prenait le plomb ni cartographié tous les risques possibles pour la faune. Cependant, les conclusions fournissent des preuves pratiques et solides que l'enveloppement de ces fils solaires flexibles dans ce film plastique spécifique réduit considérablement le risque de pollution au plomb dans l'environnement immédiat du sol.

En regardant vers l'avenir, le chercheur suggère que la voie à suivre pour cette technologie consiste à combiner cet enveloppement protecteur avec des améliorations des cellules solaires elles-mêmes. En rendant les dispositifs plus efficaces pour capturer la lumière et plus durables face à la flexion, tout en garantissant que le plomb reste sagement confiné, les scientifiques peuvent se rapprocher d'un futur où l'énergie solaire portable est à la fois puissante et sûre. L'étude conclut que le film protecteur est une solution pratique et à faible coût qui répond à l'un des plus grands obstacles à l'utilisation de la technologie solaire à base de plomb dans le monde réel, transformant un danger environnemental potentiel en un risque gérable.