Photovoltaïque : les panneaux tandem associés à la pérovskite atteignent un rendement record de 34 %

Grâce à des recherches avancées, il est possible d'augmenter l'efficacité des panneaux solaires, en dépassant les limites physiques actuelles, grâce à la combinaison du silicium et des pérovskites.

Ces dernières années, le coût de panneaux solaires la quantité de silicium a considérablement diminué, devenant une part de plus en plus petite du total dépensé pour construire un système solaire. Cela a rendu plus pratique l’investissement dans des panneaux qui transforment davantage de lumière solaire en électricité, car ils vous permettent d’obtenir plus pour l’argent dépensé pour leur installation. Cependant, les panneaux en silicium atteignent les limites physiques de leur efficacité. Notre meilleure chance d’améliorer l’efficacité des panneaux pourrait être de combiner le silicium avec un autre matériau photovoltaïque.

Actuellement, de nombreuses recherches se concentrent sur le couplage du silicium avec des matériaux appelés pérovskites. Les cristaux de pérovskite peuvent être superposé au siliciumcréant un panneau qui absorbe différentes parties du spectre solaire. De plus, les pérovskites peuvent être produites à partir de matières premières relativement bon marché. Malheureusement, il a été difficile de fabriquer des pérovskites qui soient à la fois aussi efficaces et durables que le silicium.

De nombreux laboratoires travaillent à résoudre ce problème, et deux d'entre eux ont rapporté des avancées majeures, comme une combinaison pérovskite/silicium qui a permis d'obtenir un34 % d'efficacité.

Par exemple, la société chinoise Longi a atteint une efficacité record en matière de 34,6% pour eux cellules solaires tandem silicium-pérovskite. Ce résultat a été certifié par l'Installation européenne d'essais solaires (ESTI), marquant une nouvelle étape mondiale pour ce type de cellule.

Comment améliorer la stabilité des pérovskites

Les pérovskites sont une classe de matériaux qui forment la même structure cristalline, offrant une grande flexibilité dans les matières premières utilisées. Les panneaux solaires en pérovskite sont généralement créés via un processus de solution, dans lequel toutes les matières premières sont dissoutes dans un liquide qui est ensuite appliqué à la surface du panneau, permettant aux cristaux de pérovskite de se former. Ce processus a cependant tendance à former des cristaux avec des orientations différentes, ce qui réduit les performances.

De plus, les pérovskites ne sont pas particulièrement stables. Ils sont composés d’ions chargés positivement et négativement qui doivent être présents dans les bonnes proportions pour former une pérovskite. Ces ions peuvent se diffuser avec le temps, détruisant la structure cristalline. L'énergie solaire, qui implique d'absorber beaucoup d'énergie, aggrave la situation en chauffant le matériau et en augmentant la diffusion.

Ces facteurs réduisent l’efficacité des cellules solaires à pérovskite, qui ne durent pas aussi longtemps que les panneaux en silicium. Les nouvelles études abordent ces questions sous deux angles différents.

La première étude utilise la flexibilité des pérovskites pour incorporer divers ions. Les chercheurs ont utilisé la théorie fonctionnelle de la densité pour modéliser le comportement de plusieurs molécules en un point normalement occupé par un ion positif, en se concentrant sur une molécule appelée «tétrahydrotriazine« . Cette molécule forme des interactions régulières avec les atomes voisins de la structure cristalline, la stabilisant ainsi. Cependant, le tétrahydrotriazinium réagit avec de nombreux autres produits chimiques, ce qui rend difficile son utilisation comme matière première.

Pour résoudre ce problème, des chercheurs d'Arabie Saoudite et de Turquie ont inséré les matières premières qui forment le tétrahydrotriazinium dans la solution formant la pérovskite. De cette manière, la molécule se forme directement dans le cristal sans possibilité de réagir avec d’autres substances. Cette approche a fonctionné, produisant des pérovskites avec un rendement de 33 à 34 %, très proche de la limite supérieure du silicium.

Cristaux de pérovskite : stabilité et efficacité

La deuxième étude se concentre sur le contrôle du processus de cristallisation, en utilisant un anti-solvant pour réduire la solubilité d'autres produits chimiques en solution. Cela nous a permis de former des cristaux plus robustes avec moins de défauts. Lorsqu'ils sont combinés à une couche photovoltaïque en silicium, ces dispositifs ont atteint un rendement de 30 à 33 %.

Bien que les deux études aient permis d’améliorer considérablement l’efficacité, la durabilité reste un problème, en particulier à des températures élevées. Cependant, ces travaux représentent un progrès important vers la création de panneaux solaires en pérovskite/silicium commercialement viables.

Source: Science