Adieu le silicium ? Ce nouveau matériau pourrait révolutionner l'énergie solaire

BaZrS3 pourrait révolutionner l'énergie solaire : non toxique, stable et efficace, il promet de dépasser les limites du silicium et des pérovskites halogénées

Source : https://techxplore.com/news/2024-12-chalcogenide-perovskites-frontier-solar-technology.html

Depuis des décennies, le silicium représente le cœur de l’industrie photovoltaïque, permettant la production de cellules solaires de plus en plus performantes. Cependant, sa limite théorique d’efficacité, fixée à 29,4 %, approche à grands pas et son dépassement nécessite de nouvelles idées et de nouveaux matériaux. C'est là que le cellules solaires tandemconçu pour capter plus d'énergie en combinant des couches avec différents matériaux. L’un des principaux défis consiste toutefois à trouver des matériaux capables de compléter le silicium tout en conservant efficacité et stabilité.

Pérovskites halogénées : entre potentiel extraordinaire et limites

Ces dernières années, les pérovskites halogénées ont été au cœur d’une véritable révolution dans le secteur solaire. De 2009 à 2021, leur efficacité a augmenté de 579 %, un résultat impressionnant comparé aux modestes 57 % obtenus par le silicium dans le même laps de temps.

La force des pérovskites halogénées réside dans leur capacité à tolérer les défauts structurels grâce à des propriétés uniques :

• Ferroélectricité: Améliore l’extraction des électrons et réduit les pertes d’énergie.
• Effet Rashba: prolonge la vie des électrons, maximisant leur efficacité.
• Grands polarons: protège les électrons des défauts internes.
• Goulot d’étranglement des phonons chauds: c'est-à-dire que le « goulot d'étranglement des phonons chauds » fait référence à un phénomène de la physique du solide dans lequel la relaxation des phonons de haute énergie est ralentie, limitant l'efficacité avec laquelle l'énergie est dissipée dans le matériau. En conséquence, il ralentit la perte d’énergie, convertissant davantage de lumière en électricité.

Pourtant, ces merveilles de la science ne sont pas sans problèmes : elles contiennent du plomb, sont toxiques et se dégradent facilement lorsqu’elles sont exposées à la chaleur, à la lumière et à l’humidité. Ces faiblesses compromettent leur application commerciale à grande échelle.

BaZrS3 : l’avenir durable du solaire

Parmi les nouvelles solutions émerge la BaZrS3 (BZS)une pérovskite chalogène qui pourrait répondre aux limites de ses cousins ​​halogénés. Non toxique, stable et doté d’excellentes propriétés optiques, le BZS s’impose comme un candidat idéal pour les cellules solaires de nouvelle génération.

Des chercheurs du Centre australien pour le photovoltaïque avancé (ACAP), utilisant des superordinateurs de pointe, ont découvert comment améliorer les propriétés du BZS en appliquant des contraintes structurelles. Ce traitement lui permet d'imiter certaines des caractéristiques extraordinaires des pérovskites halogénées, tout en maintenant la stabilité et la sécurité environnementale.

Dans une étude publiée dans Matériel de communicationl'équipe propose un projet ambitieux : empiler jusqu'à 100 couches ultra-fines et semi-transparentes de BZS pour augmenter l'efficacité énergétique. Associé au silicium, ce système pourrait aller au-delà des 38% de rendement, un niveau jamais atteint auparavant.

Malgré son potentiel, le BZS pose des défis de production. Étant un matériau extrêmement stable, il nécessite des environnements hautement contrôlés pour éviter toute contamination, car le baryum et le zirconium ont tendance à se lier à l'oxygène, compromettant la qualité du produit final. Malgré ces difficultés, le BZS représente une réelle promesse pour le secteur photovoltaïque. Cela pourrait non seulement améliorer l’efficacité des cellules solaires, mais également garantir des solutions plus sûres et plus durables pour un avenir énergétique plus vert.

Source: Matériel de communication