De plus en plus de recherches visent à améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques tout en réduisant les coûts de production. Dans une cellule photovoltaïque classique, la lumière est absorbée par un matériau. Ensuite, chaque photon absorbé arrache un électron qui est ensuite collecté par des électrodes pour fournir le courant électrique. Pour réaliser toutes ces étapes, un seul matériau est nécessaire ; le silicium. Etant donné que le silicium n’est pas capable d’absorber efficacement toutes les couleurs qui composent la lumière solaire, ce procédé a des limitations importantes. Aujourd’hui les rendements plafonnent à 30% alors que les rendements théoriques pourraient être de 95%.

Le développement de cellules hybrides ou organiques dans lesquelles le silicium a été remplacé par un matériau organique constitue une piste. Certaines technologies envisagées cherchent à s’inspirer du processus de photosynthèse (conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique). Les cellules photovoltaïques organiques coûteraient moins cher à la production que les cellules au silicium tout en étant plus efficaces. Grâce à leur structure plus fine et plus flexible, on verrait également apparaître de nouvelles applications pour les cellules : pose sur vêtements, sur les toits des voitures, ….

Des chercheurs de l’Institut des sciences et des technologies moléculaires d’Angers (Moltech-Anjou) ont obtenu en optimisant des molécules simples des molécules de faible poids avec un rendement électrique de +/- 4% (rendement le plus élevé avec des molécules simples). Pour y arriver, l’Institut a décidé d’intégrer dès la conception des nouvelles molécules les contraintes liées à la production industrielle (rendements de synthèse, coûts, respect de l’environnement, …) Ils ont d’abord recherché des molécules avec un effet photovoltaïque intéressant, puis optimisé certaines de leurs propriétés. Ensuite, sur base d’un travail d’ingénierie, ils ont rajouté certains types de liaisons ou de groupements chimiques. Désormais, les recherches doivent être poursuivies afin d’améliorer les performances des cellules et les procédés de synthèse, limiter l’utilisation de réactifs et de solvants coûteux, …

Dans les cellules hybrides, on utilise généralement 2 types de matériau : un qui absorbe efficacement la lumière et un autre très bon conducteur de courant. Le transfert entre les 2 matériaux doit être le plus court possible afin d’optimiser le rendement du dispositif.

Certains colorants (porphyrines), assemblés de manière particulière, ont des propriétés de conduction électriques exceptionnelles. Les équipes de l'ENS Cachan et de l'ENS (Paris) ont réussi à montrer que lorsqu'un photon est absorbé par le colorant, l'énergie collectée peut être transférée à un nanotube de carbone en moins de 0,000.000.000.000 15 s, ce qui permet d'atteindre des rendements de l'ordre de 99,999% pour cette étape de transfert. Mais, iIl reste encore à comprendre le mécanisme permettant une telle efficacité et à l’utiliser afin de développer une nouvelle génération de capteurs solaires.