Les cellules solaires à pérovskite peuvent être rendues non seulement plus robustes, mais aussi plus efficaces, évolutives et moins chères à fabriquer en remplaçant l’oxyde d’indium-étain (ITO) dans le dispositif, selon une recherche dirigée par l’Université du Surrey. L’équipe suggère que remplacer l’ITO – l’un des matériaux les plus fragiles et coûteux dans le photovoltaïque – par des nanotubes de carbone monofeuillets (SWCNT) pourrait faire passer les cellules solaires à pérovskite au niveau supérieur, créant des panneaux véritablement flexibles, abordables et durables.
Dans une nouvelle étude dirigée par l’Institut des technologies avancées du Surrey et des partenaires internationaux, les chercheurs montrent qu’un simple traitement à l’acide sulfurique rend les films de nanotubes de carbone meilleurs conducteurs d’électricité tout en restant suffisamment transparents pour laisser passer la lumière du soleil jusqu’à la couche solaire en dessous.
L’équipe de recherche a découvert que le traitement créait une fine couche de stabilisation à base de nickel (couche interfaciale NiSO₄–NiOx) qui améliore la connexion entre les composants à l’intérieur de la cellule solaire.
Le professeur Wei Zhang, auteur principal de l’Advanced Technology Institute de l’Université du Surrey, a déclaré : « Notre procédé a abouti à une cellule solaire à pérovskite flexible sans oxyde d’indium-étain qui a atteint plus de 20 % de rendement de conversion de puissance sur de grandes surfaces, les dispositifs à petite échelle atteignant un record de 24,5 %. On peut dire que nos propres résultats nous ont tous surpris. »
Comme les films de nanotubes de carbone peuvent être produits par dépôt chimique en phase vapeur en continu – un procédé déjà utilisé dans la fabrication d’électronique à grande échelle – les chercheurs estiment que cette approche pourrait rendre les panneaux solaires flexibles non seulement performants, mais aussi commercialement viables à l’échelle industrielle.
Les tests ont également confirmé une amélioration spectaculaire de la stabilité. Les chercheurs ont constaté qu’après un mois d’exposition à la chaleur, à l’humidité et à la lumière du soleil, les dispositifs conservaient plus de 95 % de leurs performances initiales – surpassant de loin les conceptions conventionnelles basées sur l’ITO.
Le professeur Ravi Silva, co-auteur de l’étude et directeur de l’Advanced Technology Institute de l’Université du Surrey, a expliqué : « Nous sommes désormais convaincus que les électrodes en nanotubes de carbone peuvent faire ce que l’oxyde d’indium-étain ne peut pas – combiner haute performance, résistance mécanique et faible coût. Ces résultats rapprochent considérablement la technologie solaire flexible et évolutive des applications réelles. »
L’équipe a également testé la durabilité en pliant à plusieurs reprises les modules. Alors que les dispositifs traditionnels à base d’ITO perdaient près des trois quarts de leur efficacité après 1 000 pliages, les versions à base de SWCNT n’en perdaient qu’environ 5 % et ne présentaient aucune fissure ou délaminage visible.
Au-delà des performances, l’approche promet des économies significatives en termes de coût et d’impact environnemental. Produire des films de SWCNT par dépôt chimique en phase vapeur en continu est environ six fois moins cher que la pulvérisation d’ITO, réduisant les coûts de fabrication totaux d’environ 200 dollars par mètre carré. L’indium étant rare et énergivore à extraire, l’utilisation de matériaux à base de carbone pourrait rendre la fabrication solaire à la fois moins chère et plus écologique, réduisant l’empreinte carbone globale de la technologie.
Les pérovskites sont une nouvelle classe de matériaux souvent décrits comme un « matériau miracle » dans la recherche solaire. Elles peuvent être fabriquées à partir d’ingrédients simples et peu coûteux et traitées à des températures bien inférieures à celles du silicium traditionnel, ce qui les rend plus légères, moins chères et plus faciles à produire. Leur structure flexible leur permet de capter la lumière du soleil avec une efficacité remarquable, ouvrant la voie à des panneaux solaires qui peuvent se plier, s’incurver et même être imprimés sur des surfaces du quotidien. Pourtant, malgré leur potentiel, les dispositifs à pérovskite ont eu du mal avec la stabilité à long terme et des composants fragiles.
Le professeur Wei Zhang a ajouté : « Notre travail s’attaque à l’un des plus grands obstacles à la commercialisation – le coût et l’évolutivité. Des modules solaires flexibles et légers comme ceux-ci pourraient alimenter tout, des appareils électroniques portables aux matériaux de construction de nouvelle génération. »
Article : Integrating SWCNT to bridge the stability divide in scalable and manufacturable flexible perovskite solar modules – Journal : Joule – DOI : 10.1016/j.joule.2025.102225
Source : Surrey U.
