Les super panneaux photovoltaïques en silicium et en pérovskite prêt à révolutionner le marché

Les super panneaux photovoltaïques en silicium et en pérovskite prêt à révolutionner le marché

Depuis la Suisse un nouveau procédé pour créer des panneaux photovoltaïques très innovants : des cellules solaires combinant silicium et pérovskite capables d’offrir un haut rendement de conversion de la lumière en électricité de 25,2% qui fera augmenter les performances

Le silicium a longtemps été le matériau de référence pour la technologie des cellules solaires et donc des panneaux photovoltaïques. Cela est dû à plusieurs raisons : il est économique, stable mais d’un point de vue du rendement il a encore une piètre durée de vie, c’est pourquoi les chercheurs veulent l’associer à d’autres matériaux.

Une équipe de recherche de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et du Centre suisse d’électronique et de microtechnique (CSEM) a mis au point une nouvelle technique de production de cellules solaires en silicium et en pérovskite. Les premiers résultats ont été plus qu’encourageants : ils ont rapporté une efficacité de 25,2%, un record pour une combinaison de ce type.

Les panneaux photovoltaïques au silicium actuellement sur le marché atteignent une efficacité de 20/22%, un bon rapport qualité prix , mais qui n’a plus beaucoup de potentiel d’amélioration.

l'image représente un toit avec une installation de Panneaux photovoltaïques en silicium et pérovskite

Panneaux photovoltaïques en silicium et pérovskite

 

C’est ainsi que naît l’idée de créer des cellules solaires associant la technologie pérovskite à la technologie silicium. Une sorte de tandem avec lequel créer des panneaux photovoltaïques capables d’absorber plus de lumière et de produire plus d’électricité. Cela permettrait aux fabricants de panneaux solaires d’offrir des performances supérieures à celles que le silicium produit à lui seul.

De toute évidence, de tels panneaux coûteraient beaucoup plus cher ; toutefois, l’amélioration des performances ne devrait pas affecter le coût par watt et, avec le temps, pourrait également le réduire : les pérovskites deviendraient ainsi non seulement les challengers mais également des éléments d’enrichissement des cellules solaires au silicium.

L’approche tandem pérovskite-silicium

Le tandem entre pérovskite et silicium dans une cellule solaire pourrait aider à combiner les points de forces des deux matériaux.

l image représente La surface des cristaux purs de silicium pour l'usage industriel

La surface des cristaux purs de silicium

 

La pérovskite convertit mieux la lumière verte et bleue en électricité, alors que le silicium est spécialisé dans les rayons rouges et infrarouges, ce qui leur permet de capturer une gamme plus étendue du spectre de lumière.

En pratique, la combinaison des deux éléments maximise l’utilisation du spectre solaire et augmente la quantité d’énergie générée, permettant d’atteindre une efficacité de 30%.

Les principaux obstacles à ces cellules résident dans le processus de production. Normalement, la pérovskite se dépose à la surface comme un liquide, mais la structure en silicium le rend assez difficile.

Le silicium est en fait constitué d’une série de « pyramides » d’une hauteur de cinq microns, une caractéristique qui permet de mieux capter et absorber la lumière. Mais cela signifie que le pérovskite liquide ne pourrait pas couvrir les plus hauts sommets.

l'image montre une vue microscopique des pyramides de silicium recouvertes de la cellule perovskite© 2018 EPFL

vue microscopique des pyramides de silicium recouvertes de la cellule pérovskite

 

Les chercheurs, sans nuire à l’enthousiasme des découvertes, ont encore des réserves. Ce ne serait pas la première fois qu’une technologie très prometteuse au laboratoire serait difficile à industrialiser et à commercialiser.

Entre autres les difficultés mentionnées et liées au processus de production, les pérovskites sont jusqu’à présent instables à des températures élevées et sensibles à l’humidité.

Pour un produit qui doit être installé à l’extérieur, sur les toits ou les murs, il s’agit d’un problème majeur auquel il faut faire face immédiatement.

Qu’est-ce que la pérovskite ?

Cette espèce minérale a été découverte en 1839 dans les montagnes de l’Oural, par la suite, elle a été oubliée car personne n’a été intéressé à  des utilisations pratiques.

Cristal opaque de forme cubique, il doit son nom à Gustav Rose qui l’a baptisée en l’honneur du grand collectionneur de minéraux et ministre de la Cour impériale de Russie, Lev Perovskij.

l'image représente La pérovskite présente un aspect métallique et une couleur noire ou brun-rouge. Elle peut parfois être légèrement transparente. Elle a une densité de 4,0 et une dureté de 5,5 sur l'échelle de Mohs. la pérovskite qui désigne à l'origine le minéral CaTiO3 (titanate de calcium). Les pérovskites désignent des « minéraux accessoires » communément trouvés dans les carbonatites et l'un des hôtes majeurs pour les terres rares et le niobium3.

La pérovskite présente un aspect métallique

À partir de 2006 à l’université de Toin (Japon), le chercheur Tsutomu Miyasaka ressuscite l’intérêt pour ce minéral composé de calcium, de titane et d’oxygène : il a démontré les caractéristiques semi-conductrices de certaines pérovskites et expérimenter un nouveau type de cellule solaire prometteur.

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