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Les pérovskites, bientôt sur nos toits?
 
Le 12-10-2018

Légères, flexibles et bon marché, les cellules solaires à base de pérovskites montrent des résultats de plus en plus prometteurs, comme en témoigne une étude dans «Science». L’une des approches serait de les combiner aux cellules en silicium afin de maximiser leur efficacité

Petit à petit, les cellules solaires à base de pérovskites semblent se rapprocher d’une future commercialisation. La pérovskite? C’est ce matériau innovant, capable d’offrir un haut rendement de conversion de la lumière en électricité, pour des coûts de fabrication limités. Extrêmement léger, flexible, facile à manipuler, ce matériau a aussi très rapidement atteint un rendement record de 23,3%. A titre de comparaison, les cellules photovoltaïques à silicium, qui ornent de nombreux toits, culminent aujourd’hui à 26,7% malgré deux décennies de recherches.

Des cellules qui se dégradent avec le temps

Autant dire que la pérovskite cristallise de nombreux espoirs. Il y a toutefois un hic: son instabilité sur le long terme. Ces cellules se révèlent en effet très sensibles à la chaleur, à l’oxygène, à l’humidité et au rayonnement ultraviolet. De nombreux groupes de recherche travaillent actuellement à la résolution de cette problématique. L’un des plus avancés est dirigé par Michael Saliba, physicien à l’Institut Adolphe Merkle de Fribourg et principal auteur d’une étude parue dans la revue Science le jeudi 11 octobre.

Les scientifiques y ont démontré qu’il était possible d’enlever un composé instable couramment utilisé dans la fabrication de cellules à pérovskites – le méthylammonium – sans pour autant diminuer leur efficacité. Ils sont également parvenus à retirer un autre élément, le brome – servant à la conception d’alliages – qui a pour désavantage de limiter l’absorption de la lumière.

«Nous avons fait d’une pierre deux coups, illustre Michael Saliba. Le méthylammonium et le brome représentaient des freins aux performances et à la stabilité des pérovskites. En les remplaçant par des composés inorganiques, nous avons réussi à obtenir des cellules plus stables dans le temps et avec un rendement de 20,35%.» Un chiffre rarement atteint pour des cellules de ce type, selon la revue Science.

Approche tandem

«Il ne s’agit pas d’une révolution, mais d’une jolie démonstration d’une architecture de cellule efficace et utile pour le développement de tandems», observe Quentin Jeangros, chef de groupe au Laboratoire de photovoltaïque et couches minces électroniques de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne. L’approche tandem, c’est l’une des voies prometteuses qu’explore le projet européen CHEOPS, dirigé par le CSEM, à Neuchâtel, l’objectif étant de combiner le silicium et la pérovskite sur un même panneau solaire. «La limite théorique d’une cellule solaire classique, telle que celles à base de silicium, se situe aux alentours de 30%. Si l’on combine les deux, on a le potentiel de dépasser largement cette limite, et ce à des coûts compétitifs», ajoute Quentin Jeangros.

S’il représente l’élément le plus abondant dans la croûte terrestre après l’oxygène, le silicium ne peut être utilisé tel quel dans les cellules solaires. Pour le purifier, il est indispensable de le porter à une température de près de 3000 °C, par un procédé coûteux et très énergivore. Le poids et la rigidité des cellules solaires représentent par ailleurs un handicap, encore non résolu. «A contrario, les cellules à pérovskites sont si fines et légères que l’on peut envisager de les poser sur des supports très flexibles, comme une feuille de papier, décrit Michael Saliba. La cellule que nous avons mise au point ne nécessitait en outre aucune étape de chauffage supérieur à 120 °C.»

Des résultats prometteurs

Maximiser l’efficacité des panneaux solaires est d’autant plus important que l’espace à disposition pour les implanter est restreint. «A l’heure actuelle, ce sont les coûts autres que celui du module solaire qui dominent dans le prix total, à savoir les onduleurs, le montage, le support ou encore le câblage, explique Quentin Jeangros. Ces coûts ne changent pas si la cellule a une efficacité de 20% ou de 30%.» En clair, si l’on augmente l’efficacité des panneaux solaires, on baisse de facto le coût de l’électricité produite.

Les premières démonstrations de tandem datent de 2015, mais les résultats semblent déjà prometteurs. «Cela représente de grands espoirs, analyse Jacky Even, professeur à l’Institut national des sciences appliquées de Rennes et auteur de plusieurs travaux sur les pérovskites. Le rendement record, pour une approche tandem, est actuellement de 27,3%; il est détenu par l’entreprise Oxford PV. Ce dernier dépasse à présent nettement celui d'une cellule silicium simple, un pallier important a donc été franchi. Cela nous confirme que cette approche est non seulement possible, mais aussi extrêmement intéressante.»

Selon les prévisions de l’International Technology Roadmap for Photovoltaic, qui comprend un panel d’experts de l’industrie du photovoltaïque, des panneaux solaires présentant une approche tandem, combinant très certainement le silicium et la pérovskite, devraient être sur le marché à l’horizon 2025.

Sylvie Logean
LE TEMPS

 



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