Les cellules solaires ultra-légères et flexibles à base de pérovskite quasi-2D ouvrent de nouvelles perspectives pour la génération d’énergie autonome et durable. Développées par des chercheurs de la JKU, ces cellules photovoltaïques innovantes se distinguent par leur densité de puissance exceptionnelle et leur stabilité remarquable, offrant ainsi un potentiel révolutionnaire pour de nombreuses applications, de l’aérospatiale à l’électronique portable.
Christoph Putz, l’un des auteurs principaux de l’étude, souligne : « Les cellules solaires ultra-minces et légères ont non seulement un énorme potentiel pour révolutionner la façon dont l’énergie est générée dans l’industrie aérospatiale, mais elles peuvent également bénéficier à un large éventail d’applications, notamment l’électronique portable et l’Internet des objets. Des photovoltaïques légers, adaptables et hautement efficaces sont la clé du développement de la prochaine génération de systèmes énergétiques autonomes. »
Un module de cellules solaires ultra-léger et flexible, 20 fois plus fin qu’un cheveu humain, peut alimenter une large gamme d’appareils électroniques partout où il y a de la lumière. Avec une épaisseur inférieure à 2,5 micromètres (1 micromètre = 1 millionième de mètre), les cellules solaires à pérovskite quasi-2D affichent une efficacité impressionnante de 20,1 % tout en conservant un haut degré de flexibilité. Surtout, leur remarquable densité de puissance de 44 W/g les distingue nettement des autres types de technologies de cellules solaires.
Une technologie pour un usage quotidien
Pour démontrer les capacités de leur nouvelle technologie, les chercheurs ont équipé un drone quadricoptère commercial de la taille d’une main avec ces cellules solaires ultra-légères. Vingt-quatre de ces cellules ont été intégrées de manière transparente dans le cadre du drone, ne représentant que 1/400 de son poids total. Cette configuration a permis au drone de fonctionner de manière autonome et d’effectuer des cycles consécutifs de charge-vol-charge sans recharge filaire, démontrant ainsi l’efficacité et la durabilité des cellules solaires.
Cette nouvelle technologie offre des applications potentielles dans les opérations de recherche et de sauvetage, la cartographie à grande échelle, la production d’énergie solaire dans l’espace et l’exploration du système solaire. Plus récemment, l’hélicoptère Ingenuity sur Mars a démontré de manière impressionnante l’importance de l’aviation solaire autonome en étant le premier aéronef à réussir à décoller de la Terre et à atterrir sur une autre planète.
Pour créer des cellules solaires opérationnellement fiables, très stables et flexibles avec un rapport puissance/poids élevé, il faut trouver un équilibre entre une faible perméabilité aux gaz et à l’humidité, un haut degré de flexibilité et des substrats plastiques transparents combinés à des matériaux photovoltaïques robustes. La stabilité opérationnelle des cellules a été considérablement améliorée en appliquant une couche transparente d’oxyde d’aluminium sur le film mince et en optimisant le matériau de la cellule solaire lui-même.
Légende illustration : Drone fonctionnant à l’énergie solaire. Crédit – JKU
Bekele Hailegnaw et al, Flexible quasi-2D perovskite solar cells with high specific power and improved stability for energy-autonomous drones, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01500-2
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