Des scientifiques de l’EPFL ont produit une proposition, basée sur des données, pour standardiser les mesures de stabilité et de dégradation de cellules solaires à pérovskites. Publiée dans Nature Energy, l’étude vise à créer un consensus dans le domaine ainsi qu’à franchir l’un des plus grands obstacles dans la commercialisation de l’énergie photovoltaïque à pérovskites.
Les cellules solaires à pérovskites sont une alternative aux cellules solaires à base de silicium conventionnelles, et remporteront sans doute le marché à l’avenir en raison de l’efficacité de leur conversion énergétique (actuellement plus de 22%), du coût moins élevé de leur production et de leur moindres besoins en ressources. Mais l’une des plus grandes barrières à franchir est la stabilité : afin d’être viable sur le plan commercial, les cellules solaires à pérovskites doivent pouvoir maintenir leur rendement sur la durée et, donc, ne pas se dégrader de manière significative sur une période de 25 ans de service.
« En première approximation, nous parlons d’une stabilité qui s’étend sur plusieurs années en ce qui concerne les cellules solaires à pérovskites les plus stables, » dit Konrad Domanksi, auteur principal de l’article. « Nous avons encore besoin d’augmenter de dix fois cette stabilité pour atteindre celle des cellules solaires à silicium. »
Alors que la recherche s’efforce d’améliorer la stabilité des pérovskites, la communauté se heurte au manque de standard général sur lequel se baser pour la mesurer. Par conséquent, les résultats provenant de divers laboratoires et entreprises ne peuvent pas être comparés. Des standards existent pour d’autres technologies photovoltaïques, mais doivent être adaptés aux cellules solaires à pérovskites, qui présentent des comportements inédits.
Or, les laboratoires de Michael Grätzel et d’Anders Hagfeldt à l’EPFL ont mené une étude qui propose de standardiser les mesures de stabilité des cellules solaires à pérovskites dans tout le domaine. Les chercheurs ont exploré les effets de divers facteurs environnementaux sur le vieillissement des cellules solaires à pérovskites, en observant l’impact de l’éclairage (l’effet d’une lumière similaire à celle du soleil), de la température, de l’atmosphère, de la charge électrique, et d’une série systématique de combinaisons de ces facteurs.
« Nous avons créé et construit un système dédié pour mener une telle étude, » dit Domanski. « Il s’agit d’un système de pointe pour mesurer la stabilité des cellules solaires – nous pouvons faire varier l’intensité de la lumière sur les échantillons, tout en contrôlant la température, l’atmosphère etc. Nous chargeons les échantillons, programmons les expériences, et les données sont analysées automatiquement. »
L’étude montre comment certains comportements spécifiques aux cellules solaires à pérovskites peuvent altérer les résultats des expériences standard. Par exemple, lorsque les cellules sont laissées dans le noir, elles peuvent récupérer une partie de l’efficacité perdue à la lumière et « repartir d’un bon pied » le lendemain matin. Comme les cellules solaires sont naturellement soumises au cycle du jour et de la nuit, ceci a déjà d’importantes implications sur la manière de définir la dégradation d’une cellule solaire en conditions réelles.
« L’étude pourrait poser les bases pour la standardisation du vieillissement des cellules solaires à pérovskites,” poursuit Wolfgang Tress, dernier auteur de l’article. «On pourrait l’employer dans le domaine pour développer des mesures de stabilité objectives et comparables, tout comme l’alimentation stabilisée est aujourd’hui un outil standard pour évaluer l’efficacité de la conversion énergétique des cellules solaires à pérovskites. Surtout, l’identification systématique de facteurs de dégradation spécifiques nous aidera à mieux comprendre la dégradation de cellules solaires à pérovskites et d’améliorer leur durée de vie. »
« Nous ne cherchons pas à imposer des standards à la communauté, explique Domanski. Plutôt, étant en première ligne de la recherche sur les cellules solaires à pérovskites et leur stabilité, nous cherchons à faire avancer les choses en montrant l’exemple et à animer le débat sur ce à quoi devraient ressembler de tels standards. Nous croyons fermement que des protocoles spécifiques seront adoptés par consensus, et que des groupes d’action dédiés, impliquant une large palette de chercheurs, seront formés à cet effet. »
Reference
Konrad Domanski, Essa A. Alharbi, Anders Hagfeldt, Michael Grätzel, Wolfgang Tress. Systematic Investigation of the Impact of Operation Conditions on the Degradation Behaviour of Perovskite Solar Cells. Nature Energy 01 January 2018. DOI: 10.1038/s41560-017-0060-5
