une révolution tandem dans la technologie solaire

En 2009, des chercheurs ont démontré que les cellules solaires fabriquées à partir de pérovskites, en particulier le bromure de plomb méthylammonium et l’iodure de plomb méthylammonium, possédaient des capacités supérieures d’absorption de la lumière. Ces matériaux, connus sous le nom de pérovskites aux halogénures de plomb ou simplement pérovskites, ont marqué le début d’une nouvelle voie dans la recherche photovoltaïque. Bien que l’efficacité initiale des cellules solaires à pérovskite ait été relativement faible, elle a jeté les bases de futurs progrès dans ce domaine.

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 mise à l’échelle pour une fabrication commerciale.

L’engouement suscité par les pérovskites vient du fait qu’elles peuvent être créées à basse température et se déposent facilement sur la plupart des surfaces, y compris les surfaces flexibles, ce qui les rend plus légères, plus adaptables et potentiellement moins chères que les panneaux solaires en silicium.

Avantages des cellules tandem

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

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

Les défis de la mise à l’échelle

Un défi, par exemple, est que la topographie de la surface du silicium affecte le dépôt de pérovskite. Les appareils de laboratoire les plus performants à ce jour ont utilisé le revêtement par centrifugation d’une encre précurseur de pérovskite combinée à un traitement antisolvant. Cependant, cette approche n’est pas adaptée au traitement commercial car elle est difficile à mettre à l’échelle et gaspille beaucoup de matière. Aydin et ses co-auteurs discutent des avantages et des inconvénients d’approches alternatives, telles que le revêtement par fente et le dépôt physique en phase vapeur.

Une autre considération est que l’humidité et la chaleur, ainsi que 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 des cellules solaires tandem pérovskite/silicium et soulignent la nécessité de concentrer les efforts dans cette direction. Ceux-ci aident à prédire la fiabilité et la durée de vie des modules pérovskite/silicium dans une gamme d’environnements difficiles.

« Je pense que le plus grand défi consiste à accroître la fiabilité des sous-cellules de pérovskites », explique Aydin. « 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. »

Les modules tandem de validation de principe ont déjà été introduits. Cependant, compte tenu des défis pratiques importants, il est encore difficile de savoir quand les tandems pérovskite/silicium atteindront la qualité commerciale. Cependant, le succès du développement de cellules solaires commerciales efficaces est essentiel pour répondre à la demande croissante d’énergie tout en réduisant l’impact environnemental.