Photovoltaïque pérovskite : qu'est-ce que c'est et pourquoi il va révolutionner l'énergie solaire

Avec sa capacité à mieux absorber la lumière et sa production plus économique, la pérovskite est la nouvelle référence dans le domaine photovoltaïque : efficace, économique et polyvalente, elle révolutionne l'énergie solaire.

Ces dernières années, le pérovskite a attiré l’attention des scientifiques et des investisseurs comme jamais auparavant, ce qui lui a valu le titre de « prochaine grande nouveauté » dans le monde du photovoltaïque. Et comment pouvez-vous lui en vouloir ? Si l'on pense aux traditionnels panneaux solaires en siliciumdésormais solidement ancrée dans nos maisons et nos systèmes, la pérovskite promet de les éclipser définitivement, grâce à une série d'avantages impossibles à ignorer : des coûts de production inférieurs, une efficacité énergétique toujours croissante et une flexibilité d'utilisation qui semble venir du futur.

La possibilité de créer ces panneaux de manière plus simple et plus économique a suscité d'énormes attentes, à tel point que beaucoup l'appellent déjà le « Saint Graal» de l’énergie solaire.

Vous êtes-vous déjà demandé ce qu'est exactement la pérovskite ? Ne vous inquiétez pas, vous n'êtes pas seul. C'est un minéral découvert en 1839 par l'explorateur allemand Gustav Rose dans l'Oural, et doit son nom au minéralogiste russe Lev Perovskij. Mais ce qui rend la pérovskite si révolutionnaire aujourd’hui n’est pas tant sa forme naturelle que la possibilité d’en créer des versions synthétiques. Ces pérovskites « sur mesure » possèdent des propriétés extraordinaires, comme une grande capacité à absorber la lumière solaire et la facilité avec laquelle elles peuvent être transformées en films très minces, parfaits pour les applications photovoltaïques.

Pourquoi la pérovskite est-elle moins chère ?

L’une des questions que beaucoup se posent est la suivante : pourquoi la pérovskite est-elle moins chère que le silicium ? La réponse est simple : les procédés de fabrication des pérovskites sont moins complexes. Alors que le silicium nécessite des températures très élevées et des machines sophistiquées, la pérovskite peut être produite à des températures plus basses et avec des équipements moins coûteux.

Des techniques telles que le « revêtement à la lame », qui permet de répartir rapidement le matériau sur de grandes surfaces, rendent la production à grande échelle beaucoup moins coûteuse que les méthodes traditionnelles, telles que le « revêtement par rotation ». De plus, les matériaux utilisés pour produire la pérovskite sont plus faciles à trouver et nettement moins chers.

Efficacité et polyvalence

Mais ce n'est pas seulement une question de coût. Parlons d'efficacité. Les panneaux solaires en pérovskite ont déjà atteint des niveaux d'efficacité impressionnants, certains des derniers records dépassant 26 %. Cela est possible grâce à la capacité de la pérovskite à capter une gamme beaucoup plus large de longueurs d'onde de la lumière solaire, y compris celles à faible énergie.

Et cela ne s'arrête pas là : les cellules à pérovskite peuvent être combinées avec celles au silicium pour créer des panneaux dits tandem, qui peuvent atteindre un rendement de 34,6 %, comme le démontrent des projets en Chine et en Allemagne. Des chiffres qui dépassent de loin les performances des cellules solaires au silicium traditionnelles.

Où trouve-t-on la pérovskite ?

À ce stade, vous vous demandez peut-être : où trouve-t-on la pérovskite ? Il est vrai qu’il existe dans la nature, mais la véritable révolution vient de ses versions synthétiques. Aujourd’hui, les pérovskites artificielles sont produites en laboratoire, où des scientifiques du monde entier s’efforcent d’améliorer encore leurs propriétés photovoltaïques. Ces matériaux, grâce à leur composition chimique personnalisable, peuvent être adaptés à un large éventail d'applications, qui vont bien au-delà des panneaux solaires. Sa production en laboratoire résoudrait donc l’extraction coûteuse et contraire à l’éthique du silico dans la nature.

Quand la pérovskite a-t-elle été découverte ?

Bien que la pérovskite ait été découverte il y a près de deux siècles, ce n’est qu’au cours des vingt dernières années que son utilisation dans le photovoltaïque est devenue protagoniste de la scène scientifique. Les premières recherches remontent aux années 2000, lorsque la pérovskite a commencé à être testée comme matériau actif dans les cellules solaires. Depuis, les progrès ont été extraordinaires et aujourd’hui les cellules pérovskites font l’objet d’études approfondies à travers le monde, dans le but d’améliorer leur stabilité et leur efficacité.

Avancées technologiques et recherches actuelles

Chaque année, de nouveaux records d'efficacité sont établis. Un exemple récent ? L'Université des sciences et technologies de Chine a établi un nouveau record avec unefficacité de 26,7%. Mais il ne s’agit pas seulement d’augmenter l’efficacité : l’un des plus grands défis de la pérovskite est la stabilité à long terme. Alors que les cellules en silicium sont connues pour leur durabilité, les cellules en pérovskite peuvent se dégrader lorsqu’elles sont exposées à des facteurs tels que l’humidité et la chaleur. C’est pour cette raison que les recherches actuelles se concentrent également sur la manière d’améliorer la résistance de ces panneaux.

En plus des avantages déjà connus, les récentes innovations technologiques production roll-to-roll introduit des cellules solaires à pérovskite imprimées sur des films plastiques, légères et flexibles, adaptées aux applications dans des environnements difficiles, y compris l'espace. Ces nouvelles cellules, développées par le CSIRO et d'autres instituts de recherche, non seulement réduisent davantage les coûts de production, mais offrent également un potentiel incroyable pour diverses applications, allant de l'aérospatiale à l'électronique portable. Leur flexibilité unique et leur capacité à être déployées ouvrent de nouvelles frontières pour l’utilisation des énergies renouvelables dans des contextes auparavant inimaginables.

Solutions pour améliorer la stabilité de la pérovskite

Certaines des solutions les plus prometteuses impliquent l’utilisation d’oxyde de nickel comme couche de transport de trous, une modification dont il a déjà été démontré qu’elle augmente considérablement la stabilité des cellules pérovskites par rapport aux méthodes traditionnelles. De plus, la technique de «revêtement de lame» pourrait permettre la production de panneaux de pérovskite à l’échelle industrielle, tout en conservant une haute qualité du produit. Il a par exemple été démontré qu'un panneau solaire en pérovskite de 110 cm² conservait 84 % de son efficacité initiale après 1 000 heures de tests à des températures élevées.

Panneaux tandem : la combinaison parfaite

Un autre domaine d’un grand intérêt est la combinaison de pérovskite et de silicium dans des panneaux tandem. Ces panneaux exploitent les propriétés complémentaires des deux matériaux, obtenant des résultats extraordinaires. Le centre Helmholtz Zentrum Berlin a enregistré une efficacité record de 32,5%, tandis que l'entreprise chinoise LONGi a établi un nouveau record du monde avec une efficacité incroyable de 34,6 %. Ces résultats démontrent non seulement le potentiel de la pérovskite pour améliorer les technologies existantes, mais également la possibilité d'ouvrir de nouvelles voies pour l'énergie solaire.

Les avantages environnementaux et le rôle du photovoltaïque pérovskite

Outre ses avantages économiques et technologiques, la pérovskite a un impact environnemental important. Sa production nécessite moins d’énergie que celle des panneaux solaires en silicium, réduisant ainsi l’empreinte carbone. En outre, des études récentes ont montré que les cellules solaires à pérovskite peuvent être recyclées avec un taux de récupération de 99,97 %, ce qui est essentiel pour la durabilité à long terme des technologies photovoltaïques.

Défis futurs

Malgré les progrès, il reste encore des défis à relever. La stabilité à long terme et la résistance aux intempéries restent problématiques. Cependant, grâce aux développements des technologies d’encapsulation et des matériaux de support, les performances de ces cellules s’améliorent rapidement. Le prochain objectif ? Optimiser les processus de production et réduire davantage les coûts de fabrication, deux facteurs clés pour une diffusion à grande échelle.

La transition vers un avenir énergétique plus durable est de plus en plus proche et la pérovskite jouera sans aucun doute un rôle fondamental dans ce processus.