Cellules solaires : quand l’impression 3D accélère les tests en laboratoire

Des tests sur la conception de cellules solaires de nouvelle génération peuvent maintenant être effectués en quelques heures au lieu de plusieurs jours grâce à un nouveau système construit par les scientifiques de l’Université Monash d’Australie, qui intègre des composants clés imprimés en 3D. La machine peut analyser simultanément et en parallèle 16 échantillons de cellules solaires à base de pérovskite, ce qui accélère considérablement le processus. L’invention permet d’évaluer très rapidement les performances et le potentiel commercial de nouveaux composés, ce qui accélère le processus de développement. « Les cellules pérovskites de troisième génération ont fait passer les performances à plus de 25 %, ce qui est presque identique au niveau d’efficacité des cellules conventionnelles à base de silicium« , a déclaré le chef de projet, M. Adam Surmiak, du Centre d’excellence de l’ARC pour la science de l’excitation (Exciton Science). « Mais ces résultats proviennent de tests en laboratoire sur des échantillons de taille millimétrique dans des conditions intérieures – et ne tiennent donc pas compte de toute une série de facteurs du monde réel tels que les conditions environnementales, l’utilisation à laquelle les cellules sont soumises, le processus de fabrication et la détérioration éventuelle au fil du temps. » « Pour prendre les bonnes décisions, nous devons savoir comment chaque modèle de cellule différent fonctionnera à grande échelle dans le monde réel – et pour ce faire, nous avons besoin d’une bibliothèque de données appropriée afin de pouvoir choisir les meilleurs candidats pour passer à l’étape suivante. Ce nouveau système nous permet de construire cela très rapidement et d’accélérer le passage du laboratoire à la fabrication« . Il est essentiel de trouver la bonne recette pour les cellules solaires en pérovskite afin de passer des combustibles fossiles à la production d’énergie renouvelable. Elles coûtent environ dix fois moins cher que les cellules en silicium et leur fabrication est bien moins coûteuse. Les panneaux solaires de toit en pérovskite s’amortissent en quelques mois au lieu de plusieurs années, comme c’est le cas pour les modèles actuels. Pour atteindre le haut niveau de précision nécessaire à la construction du système, le candidat au doctorat Surmiak et ses collègues se sont tournés vers l’Instrumentation Facility de l’université Monash et le Melbourne Centre for Nanofabrication, qui fait partie de l’Australian National Fabrication Facility – des installations d’usinage et d’équipement hautement spécialisés. Là, les conceptions des chercheurs ont été produites à l’aide d’un fraisage ultra-détaillé et d’une imprimante 3D de précision de 16 micromètres. Parallèlement au développement et à la mise en place de cette nouvelle installation d’essai, M. Surmiak a également pu accélérer considérablement le processus de fabrication des cellules solaires. « Les concepts expérimentaux à haut débit deviendront de plus en plus importants pour la découverte de la prochaine génération de matériaux énergétiques, alimentant la transition vers une économie énergétique neutre en carbone« , a-t-il déclaré. « Notre nouvelle installation a la capacité de tester des milliers de cellules solaires en une seule journée, ce qui nous place en tête de pratiquement tous les autres laboratoires de R&D dans le monde« . La recherche est publiée dans la revue Solar RRL. Crédit : Adam Surmiak, Xiongfeng Lin Légende photo : détail du nouveau système de caractérisation parallèle à 16 canaux