Cellule photovoltaïque à pérovskite, une découverte surprenante

Pérovskite – cellule photovoltaïque

Connaissez-vous les pérovskites ? Avez-vous déjà entendu parler des cellules photovoltaïques à base de ces matériaux et de leur mode de fonctionnement ? Récemment, plusieurs études ont abordé les avantages de ces matériaux dans les panneaux solaires. Elles évoquent surtout leurs avantages dans la réduction des coûts de technologie solaire. Mis en avant depuis quelques années déjà, les panneaux photovoltaïques à pérovskite sont-ils aussi prometteurs comme annoncé ? Qu’en est-il réellement de cette cellule photovoltaïque à pérovskite ? Quels sont ses spécificités et ses inconvénients ? Que prévoient encore les nouvelles découvertes autour de cette technologie ?

Quel est ce matériau innovant ?

Une cellule photovoltaïque permet de produire de l’électricité à partir des rayons du soleil via un matériau semi-conducteur. En général, pour ce dernier, les panneaux solaires se servent du silicium. Néanmoins, depuis quelques années, certains chercheurs proposent l’utilisation de la pérovskite comme matériau semi-conducteur. Il s’agit d’un matériau synthétisé, d’une structure atomique existante en abondance dans la nature et qui se crée aisément en laboratoire. Elle possède une propriété physique très attrayante au point d’être intégrée dans les cellules photovoltaïques. En effet, en 2009, Tsutomu Miyasaka, un chercheur japonais, a fait une découverte surprenante sur ce matériau. Avec l’université d’Oxford et l’EPFL, ils ont mis en avant la capacité des pérovskites à intégrer des cellules solaires. Mais c’est en 2013, qu’une chercheuse appelée Olga Malinkiewicz se lance dans la mise en place d’une cellule photovoltaïque contenant une couche de ces matériaux. Ces derniers ont été posés par évaporation et par impression à jet d’encre.

Après obtention d’une récompense pour sa recherche, elle crée une société spécialisée dans la conception d’encre pérovskite. Ce projet s’est aussi fait grâce à la participation d’Hideo Sawada et de deux hommes d’affaires polonais. A la fin de 2019, leur production atteignait 40000 m² de panneaux photovoltaïques à pérovskite. Mais la société ne semble pas se contenter de ce chiffre. Elle prévoit de multiplier cette production pour les années à venir.  Depuis la fin de l’année dernière, les cellules photovoltaïques à base de ces matériaux offrent un rendement en constante évolution.

Quelles sont les particularités de ces matériaux ?

Si au début la pérovskite se constituait de titane, d’oxygène et de calcium, actuellement, elle semble renfermer des composants métalliques. En 2012, des chercheurs découvrent l’existence de propriétés pouvant augmenter le rendement des cellules photovoltaïques dans ces matériaux. Ainsi, ils affirment que ces derniers assurent une forte mobilité des charges électriques. En effet, ils proposent un meilleur taux de conversion de l’énergie solaire et offrent plus de finesse par rapport au silicium. Ces matériaux disposent également d’une meilleure réactivité face à la lumière du soleil, même en cas de temps nuageux.

Pérovskites : les atouts de ces matériaux ?

D’après les études effectuées par des chercheurs de l’EPFL en Suisse, les cellules photovoltaïques à pérovskite présentent de nombreux avantages :

  • Elles procurent de meilleurs rendements par rapport aux cellules à base de silicium 
  • Ce matériau propose un procédé à faible coût de production. Il ne requiert pas l’usage d’un grand support avec un cadre en aluminium. Compte tenu de ce coût réduit, il est à la portée de différentes industries
  • Etant présent dans la nature, ce matériau est facilement exploitable

Comme la pérovskite est synthétisée, elle crée plus de tensions électriques en sortie contrairement au silicium utilisé seul. D’ailleurs, en laboratoire, sur une surface de 1 cm², une cellule photovoltaïque à pérovskite offrirait un rendement jusqu’à 33 %. Ce taux est très intéressant et semble dépasser celui proposé actuellement par certains dispositifs solaires. Combinée avec le silicium dans les cellules photovoltaïque et montée en série, les tensions électriques produites s’additionnent. Ensemble, elles offrent donc un rendement supérieur.

Par ailleurs, les bienfaits de ces matériaux ne s’arrêtent pas là. Une encre pérovskite parvient à créer de l’électricité même en cas de faible luminosité. Ainsi, avec une faible exposition solaire ou un éclairage artificiel, elle arrive à procéder au recyclage de l’éclairage intérieur. Une solution contenant de grande couche de pérovskite avec une couche de silicium polie présente de la stabilité. Elle peut résister, pendant environ 400 heures, à une forte température pouvant aller jusqu’à 85 °C. Cela ne risque pas de nuire à ses performances. L’usage de panneaux en pérovskite pourrait satisfaire énergétiquement tous les bâtiments dans un avenir proche.

Et ses inconvénients ?

Avec ces nombreux avantages, pourquoi ces matériaux n’ont-ils pas encore révolutionné le marché des panneaux solaires ? Eh bien, les études menées démontrent également un effet néfaste des pérovskites : leur toxicité. Lorsqu’un panneau photovoltaïque contenant ce composant se brise, il risque de faire ressortir et propager du plomb dans le sol. Ce métal est nocif pour l’environnement et pour la santé. Cette propriété toxique bloque encore, à cet instant, l’approbation des cellules photovoltaïques à pérovskite à des fins commerciales. Il en est de même pour une production à grande échelle. D’ailleurs, aujourd’hui, sa fabrication est soumise à certaines normes.

En tant que filière prometteuse, les cellules photovoltaïques à pérovskite attirent l’attention de nombreux chercheurs. Pour exploiter encore plus les bienfaits de ces matériaux, des chimistes de l’EPFL décident d’utiliser du sel de phosphate. Celui-ci aide à freiner le lessivage du plomb contenu ainsi que sa pollution. En outre, une longue exposition à la chaleur, à l’humidité ou aux ultraviolets pourrait aussi dégrader ces cellules. Là encore, les chercheurs optent pour l’ajout de caféine durant leur processus de création pour contrecarrer cet effet.

Quel est l’avenir de la pérovskite ?

Avec les nombreux atouts de la pérovskite dans les cellules photovoltaïques, ce matériau prévoit un avenir prometteur pour ces panneaux. Les chercheurs continuent de mener des recherches pour éviter la propagation du plomb et pour le bloquer. Pour cette raison, certains d’entre eux, comme le professeur László Forró, proposent l’utilisation d’une solution salée. Le sel de phosphate transparent intervient directement en cas de libération du plomb en produisant un composé insoluble dans l’eau. Cela évite alors au plomb d’être lessivé dans le sol.

La recherche et l’intégration des pérovskites dans les cellules photovoltaïques vont chambouler le marché de ces panneaux. En tant que solution innovante, la commercialisation des panneaux photovoltaïques à pérovskite à grande échelle semble être prometteuse. A ce rythme, plusieurs pays vont essayer de positionner leurs industries sur ce marché. D’ici quelques années, ces matériaux prévoient sans doute des capacités de production surprenantes.

En attendant, contactez-nous chez Helvetia Energy pour l’installation de panneaux photovoltaïques.

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