Une approche en tandem pour de meilleures cellules solaires

Les cellules solaires à base de pérovskite représentent une percée dans le domaine de l’énergie solaire. Leur potentiel pour améliorer l’efficacité et la rentabilité des panneaux solaires suscite un vif intérêt dans la communauté scientifique. Pour que cette technologie passe du laboratoire à la production commerciale, plusieurs défis doivent encore être relevés.

Les pérovskites, plus précisément les halogénures de plomb méthylammonium, ont été découvertes en 2009 pour leurs excellentes propriétés d’absorption de la lumière. Bien que l’efficacité des premières cellules solaires à base de pérovskite était modeste, cela a marqué le début d’une nouvelle voie dans la recherche photovoltaïque.

L’enthousiasme suscité par les pérovskites s’explique par le fait qu’elles peuvent être créées à basse température et facilement déposées sur la plupart des surfaces, y compris les surfaces flexibles, les rendant plus légères, plus adaptables et potentiellement moins chères que les panneaux solaires en silicium.

La technologie tandem : combiner pérovskite et silicium

Aujourd’hui, il est clair que les futures cellules solaires incluront probablement ces pérovskites en combinaison avec le silicium traditionnel.

Erkan Aydin, Stefaan De Wolf et une équipe de KAUST ont examiné comment cette technologie tandem peut sortir du laboratoire et être produite à grande échelle pour une fabrication commerciale.

Selon Erkan Aydin, « Les cellules solaires à base de pérovskite et de silicium se sont toutes deux révélées très efficaces ; cependant, leur utilisation conjointe en tandem dans une seule cellule permet une meilleure utilisation de la lumière du soleil en minimisant les pertes qui ne sont pas converties en charge électrique. »

Les défis de la fabrication à grande échelle

Erkan Aydin et ses co-auteurs ont recensé les développements dans la fabrication de cellules solaires tandem qui permettent d’augmenter la taille et l’efficacité de conversion de l’énergie. Mais ils soulignent que d’autres approches sont nécessaires pour les rendre commercialement viables.

Un défi, par exemple, est que la topographie de la surface du silicium affecte le dépôt de la pérovskite. Les dispositifs de laboratoire les plus performants à ce jour ont utilisé l’enduction centrifuge d’une encre de précurseur de pérovskite combinée à un traitement antisolvant. Cette approche ne convient pas encore au traitement commercial car elle est difficile à mettre à l’échelle et gaspille beaucoup de matériau.

La fiabilité et la durabilité des cellules tandem

Une autre considération est que l’humidité, la chaleur et leur combinaison avec la lumière accélèrent la dégradation des sous-cellules de pérovskite. Les auteurs détaillent divers tests de vieillissement accéléré et d’environnement réel sur les cellules solaires tandem pérovskite/silicium et soulignent la nécessité d’efforts ciblés dans cette direction.

Selon Erkan Aydin, « Je pense que le plus grand défi est d’augmenter la fiabilité des sous-cellules de pérovskite. Les activités de recherche que nous avons menées jusqu’à présent ont indiqué que nous n’avons pas encore atteint de limite fondamentale, nous avons donc besoin d’efforts plus concentrés pour réaliser des dispositifs stables à long terme. »

En synthèse

Les modules tandem de preuve de concept ont déjà été introduits. Cependant, compte tenu des défis pratiques importants, il n’est pas encore clair quand les tandems pérovskite/silicium atteindront le niveau du marché. Néanmoins, le succès dans le développement de cellules solaires commerciales efficaces est vital pour répondre à la demande croissante d’énergie tout en réduisant l’impact environnemental.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que les pérovskites et pourquoi suscitent-elles tant d’intérêt ?

Les pérovskites, en particulier les halogénures de plomb méthylammonium, sont des matériaux qui possèdent d’excellentes propriétés d’absorption de la lumière. Elles peuvent être créées à basse température et facilement déposées sur diverses surfaces, les rendant prometteuses pour la fabrication de cellules solaires plus légères, adaptables et abordables que les panneaux en silicium.

Qu’est-ce que la technologie tandem et quels sont ses avantages ?

La technologie tandem consiste à combiner des cellules solaires à base de pérovskite avec des cellules en silicium traditionnel. Cette approche permet une meilleure utilisation de la lumière du soleil en minimisant les pertes d’énergie, augmentant ainsi l’efficacité globale de la cellule solaire.

Quels sont les défis de la fabrication des cellules tandem pérovskite/silicium ?

Les principaux défis incluent l’optimisation du dépôt de la pérovskite sur la surface du silicium, le développement de méthodes de fabrication adaptées à la production commerciale, ainsi que l’amélioration de la fiabilité et de la durabilité des sous-cellules de pérovskite face à l’humidité, la chaleur et la lumière.

Où en est la recherche actuelle sur les cellules tandem pérovskite/silicium ?

Des modules tandem de preuve de concept ont déjà été introduits, démontrant le potentiel de cette technologie. Cependant, des efforts de recherche supplémentaires sont nécessaires pour surmonter les défis pratiques et atteindre un niveau de performance et de fiabilité suffisant pour une commercialisation à grande échelle.

Quelle est l’importance du développement de cellules solaires tandem efficaces ?

Le succès dans le développement de cellules solaires commerciales efficaces est crucial pour répondre à la demande croissante d’énergie mondiale tout en réduisant l’impact environnemental. Les cellules tandem pérovskite/silicium pourraient jouer un rôle clé dans la transition vers une énergie propre et durable.

Références

Légende illustration : Un examen du potentiel de la combinaison des cellules solaires au silicium avec des matériaux pérovskites met en évidence la façon de développer cette technologie. 2024 KAUST ; Heno Hwang.

Article : « Pathways toward commercial perovskite/silicon tandem photovoltaics » – DOI: 10.1126/science.adh3849 . Auteurs : Aydin, E., Allen, T.B., De Bastiani, M., Razzaq, A., Xu, L., Ugur, E., Liu, J. & De Wolf, S. Pathways toward commercial perovskite/silicon tandem photovoltaics.