Une équipe dirigée par l’université de Sydney a établi un record dans le domaine de la technologie solaire en créant la plus grande et la plus efficace des cellules solaires tandem à triple jonction pérovskite-pérovskite-silicium jamais rapportées.
Dirigée par le professeur Anita Ho-Baillie, titulaire de la chaire John Hooke de nanoscience à l’Institut des nanotechnologies et à la Faculté de physique de l’université de Sydney, cette recherche démontre une efficacité et une durabilité élevées, étapes importantes pour surmonter les obstacles au développement de la technologie des cellules solaires tandem à pérovskite.
La cellule à triple jonction de 16 cm2 mise au point par l’équipe a atteint un rendement de conversion énergétique en régime permanent certifié de manière indépendante de 23,3 %, le plus élevé jamais enregistré pour un dispositif de ce type à grande surface. À plus petite échelle, une cellule de 1 cm2 a enregistré un rendement de 27,06 % et établi de nouvelles normes en matière de stabilité thermique.
La cellule de 1 cm² a été la première au monde à passer avec succès le test de cyclage thermique de la Commission électrotechnique internationale (CEI), qui expose les dispositifs à 200 cycles de variations extrêmes de température entre -40 et 85 degrés. Cette cellule a conservé 95 % de son rendement après plus de 400 heures de fonctionnement continu sous la lumière.
Une cellule solaire à triple jonction utilise trois semi-conducteurs interconnectés, chacun absorbant une partie différente du spectre solaire afin de maximiser la conversion de l’énergie solaire en électricité.
Comment l’équipe a procédé ?
Le professeur Ho-Baillie, qui fait également partie du Net Zero Institute de l’université de Sydney, a déclaré que cette dernière avancée avait été réalisée en repensant la composition chimique du matériau pérovskite et la conception de la cellule à triple jonction.
« Nous avons amélioré à la fois les performances et la résilience de ces cellules solaires », a-t-elle déclaré. « Cela démontre non seulement qu’il est possible de fabriquer des dispositifs en pérovskite stables et de grande taille, mais aussi que le potentiel d’amélioration de l’efficacité est énorme. »
Les chercheurs ont remplacé le méthylammonium, moins stable et couramment utilisé dans les cellules en pérovskite à haut rendement, par du rubidium, créant ainsi un réseau cristallin en pérovskite moins sujet aux défauts et à la dégradation. Ils ont également remplacé le fluorure de lithium, moins stable, par du dichlorure de pipérazinium pour un nouveau traitement de surface.
Pour relier les deux jonctions pérovskites, les chercheurs ont utilisé de l’or à l’échelle nanométrique et, à l’aide d’un microscope électronique à transmission avancé, ont clarifié que l’or à cette échelle se présente sous forme de nanoparticules, et non sous forme de film continu comme beaucoup le pensaient. L’équipe a utilisé ces connaissances pour concevoir un revêtement de nanoparticules d’or afin de maximiser le flux de charge électrique et l’absorption de la lumière par la cellule solaire.
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Ces développements ont permis à la cellule à triple jonction de maintenir un rendement élevé pendant plus longtemps et sous contrainte.
L’énergie solaire du futur
Les pérovskites sont une nouvelle catégorie de matériaux photovoltaïques appréciés pour leur faible coût de fabrication et leur capacité à capter davantage du spectre solaire lorsqu’elles sont empilées en plusieurs couches avec du silicium. Jusqu’à présent, cependant, la mise à l’échelle des dispositifs au-delà du laboratoire et la garantie de leur stabilité dans des conditions réelles constituaient des défis majeurs.
« Il s’agit du plus grand dispositif à triple jonction en pérovskite jamais présenté, qui a été rigoureusement testé et certifié par des laboratoires indépendants », a ajouté le professeur Ho-Baillie. « Cela nous conforte dans l’idée que cette technologie peut être mise à l’échelle pour une utilisation pratique. »
La recherche a été menée en collaboration avec des partenaires internationaux de Chine, d’Allemagne et de Slovénie, avec le soutien de l’Agence australienne pour les énergies renouvelables (ARENA) et du Conseil australien de la recherche.
Cette publication fait suite à la reconnaissance du rôle de premier plan joué par le professeur Ho-Baillie dans la recherche solaire lors de la remise des prix Eureka 2025 de l’Australian Museum, où elle a reçu le prix Eureka pour la recherche en matière de durabilité pour ses travaux pionniers sur la technologie solaire à base de pérovskite.
« C’est une période passionnante pour la recherche solaire », a conclu le professeur Ho-Baillie. « Les pérovskites nous montrent déjà que nous pouvons dépasser les limites du silicium seul en termes d’efficacité. Ces progrès signifient que nous nous rapprochons d’une énergie solaire moins coûteuse et plus durable qui contribuera à alimenter un avenir à faible émission de carbone. »
Zheng, J. et al ‘Tailoring nanoscale interfaces for perovskite-perovskite-silicon triple-junction solar cells’ (Nature Nanotechnology 2025) DOI: 10.1038/s41565-025-02015-x
Source : Sydney U.
