Les pérovskites solaires face au défi de la stabilité thermique

Des équipes de recherche allemandes, néerlandaises et sud-coréennes ont identifié les mécanismes microscopiques responsables de la dégradation des cellules solaires pérovskites sous l’effet des variations de température. Leurs travaux, publiés cette semaine, révèlent des pertes de performance pouvant atteindre 60% lors d’une phase initiale de rodage, tout en proposant des solutions moléculaires pour stabiliser ces matériaux prometteurs.

La course à la stabilisation des cellules solaires pérovskites franchit une étape décisive avec la publication de travaux qui éclairent les mécanismes intimes de leur dégradation sous l’effet des variations thermiques. Alors que ces matériaux cristallins hybrides affichent des rendements de conversion énergétique spectaculaires en laboratoire, leur fragilité face aux cycles de température constitue l’obstacle majeur à leur commercialisation à grande échelle.

Le bras de fer microscopique

L’équipe du Dr Kun Sun à l’Université technique de Munich a mis en évidence un phénomène subtil mais déterminant : « Des tensions apparaissent à l’intérieur du matériau et sa structure change — ce qui réduit la puissance », explique le chercheur. Ces contraintes mécaniques internes, comparées à un véritable bras de fer à l’échelle moléculaire, provoquent une perte pouvant atteindre 60% des performances lors d’une phase initiale de rodage. La découverte, fruit d’une collaboration avec l’Institut de technologie de Karlsruhe, le DESY et l’Institut royal de technologie KTH de Stockholm, ouvre la voie à des solutions ciblées.

Dans un article complémentaire publié dans ACS Energy Letters, les scientifiques démontrent l’efficacité d’une molécule organique volumineuse, le PDMA, qui agit comme une ancre moléculaire. La structure maintient la charpente cristalline à la manière d’un échafaudage, préservant la stabilité des cellules lors de cycles rapides de chauffage et de refroidissement.

Stratégies de renforcement moléculaire

Parallèlement, des chercheurs de l’Université Louis-et-Maximilien de Munich ont développé une approche de renforcement moléculaire double qui a permis d’atteindre un rendement de conversion énergétique supérieur à 26%, soit environ 3% de plus que les cellules de référence. La performance s’accompagne d’une résistance à des fluctuations thermiques extrêmes, entre -80°C et +80°C.

Une équipe sud-coréenne du KAIST a pour sa part présenté une conception innovante de couche protectrice bidimensionnelle. L’architecture renforce les cristaux de pérovskite avec des molécules organiques spécifiques, améliorant simultanément le rendement et la stabilité à long terme.

De la recherche fondamentale à l’industrialisation

Ces avancées scientifiques s’accompagnent de développements industriels significatifs. L’institut de recherche néerlandais TNO a lancé en mars Perovion Technologies, une entreprise dérivée qui ambitionne de construire la première usine au monde de production en continu de cellules solaires pérovskites d’ici 2030. Ce procédé roll-to-roll, comparable à l’impression d’un journal, permettrait de fabriquer des cellules sur des feuilles minces et flexibles à moindre coût et en volumes importants.

Dans le même temps, First Solar, le plus grand fabricant de panneaux solaires de l’hémisphère occidental, a signé en février un accord de licence de brevet avec Oxford PV, obtenant ainsi l’accès à l’un des portefeuilles de brevets pérovskites les plus solides au monde. L’accord couvre le développement et la fabrication potentielle de dispositifs pour les marchés américains. First Solar a investi plus de 2 milliards de dollars dans la recherche et le développement de technologies à couches minces, incluant une ligne dédiée aux pérovskites sur son site de Perrysburg, dans l’Ohio.

L’écart entre laboratoire et terrain

Malgré ces progrès, le défi central demeure : combler l’écart entre les performances en laboratoire et la durabilité sur le terrain pendant plusieurs décennies. Les panneaux en silicium traditionnels affichent une durée de vie de 25 à 30 ans, tandis que les cellules pérovskites se sont historiquement dégradées en quelques années seulement.

Le rythme des avancées s’accélère néanmoins. Des chercheurs chinois de l’Institut de bioénergie et de technologie des bioprocédés de Qingdao ont récemment démontré un mini-module pérovskite de grande surface avec une efficacité de 23,15% et des pertes d’échelle minimales, utilisant une technique d’ensemencement par solvate cristallin publiée dans Nature Synthesis.

Le professeur Peter Müller-Buschbaum de la TUM résume l’enjeu : « Si nous voulons que ces cellules soient sur tous les toits, nous devons nous assurer qu’elles ne fonctionnent pas seulement en laboratoire, mais qu’elles résistent aussi aux aléas des saisons ».

Kun Sun, Renjun Guo et al.: “Insights into the operational stability of wide-bandgap perovskite and tandem solar cells under rapid thermal cycling”, published in: Nature Communications, 14 January 2026, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-68219-w

Kun Sun, et al.: “Halide Segregation in Wide-Bandgap Quasi-2D Perovskites under Rapid Thermal Cycling”, published in: ACS Energy Lett. 2026, 11, 3, 2952–2958, 24 February 2026, DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6c00094