Prospective : Les cellules solaires traditionnelles sont basées sur un composé semi-driver de silicium, dont l’efficacité théorique maximale pour convertir la lumière du soleil en énergie électrique est de 29 %. Toutefois, en incorporant une seconde couche de pérovskite à la couche de silicium de base, les cellules solaires ont le potentiel de dépasser ce seuil d’efficacité dans un avenir proche.
La pérovskite est une classe de composés dont la structure cristalline est identique à celle de l’oxyde de calcium et de titane. Ce matériau très souple est utilisé dans diverses applications, notamment les appareils à ultrasons, les puces mémoire et les cellules solaires pour la production d’énergie. Des études récentes suggèrent que la pérovskite pourrait être la « sauce secrète » pour propulser l’industrie des cellules solaires vers de nouveaux niveaux d’efficacité en matière de production d’énergie.
La technologie actuelle des cellules solaires s’approche rapidement de son niveau d’efficacité maximal, mais reste en deçà de ce qui est nécessaire pour que l’énergie solaire soit un facteur significatif d’atténuation du réchauffement climatique. Les scientifiques estiment que le rendement doit dépasser 30 % et que le taux d’installation de nouveaux panneaux solaires doit être multiplié par dix par rapport aux niveaux d’adoption actuels.
L’ajout d’une couche supplémentaire de pérovskite sur une base de silicium, toutes deux dotées de propriétés semi-conductrices, permet d’augmenter la quantité d’énergie captée par la lumière du soleil. La couche de silicium capte les électrons de la lumière rouge, tandis que la couche de pérovskite capte la lumière bleue. L’amélioration de la capacité d’absorption de l’énergie entraînera une réduction du prix global de l’énergie solaire, ce qui permettra un déploiement et une adoption plus rapides des dalles solaires.
Les scientifiques ont passé des années à mettre au point une technologie efficace de cellules solaires à base de silicium et de pérovskite, et il semble que l’année 2023 marquera une étape importante dans ce domaine. Les récentes avancées de la recherche ont permis de pousser l’efficacité des cellules tandem silicium-perovskite au-delà de 30 %. Le rythme des progrès est si rapide que cette technologie démontrera bientôt ses capacités améliorées dans des produits disponibles dans le commerce.
Stefaan De Wolf, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’université King Abdullah de science et de technologie en Arabie saoudite, pense que 2023 apportera des avancées significatives. L’équipe de De Wolf a déjà atteint un niveau d’efficacité de 33,7 % dans une cellule solaire en silicium-perovskite, mais leurs travaux doivent encore être publiés dans des tests scientifiques.
Un autre groupe, dirigé par Steve Albrecht au Centre Helmholtz de Berlin pour les matériaux et l’énergie en Allemagne, a récemment publié une étude sur une cellule tandem silicium-perovskite qui peut atteindre des rendements de conversion d’énergie allant jusqu’à 32,5 %. Un troisième groupe, dirigé par Xin Yu Chin de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse), a démontré un niveau d’efficacité de 31,25 %, les cellules tandem ayant le « potentiel d’offrir à la fois une grande efficacité et de faibles coûts de fabrication ».
Selon M. De Wolf, le dépassement du seuil de 30 % de l’énergie permet de croire que « des systèmes photovoltaïques performants et peu coûteux peuvent être mis sur le marché ». La capacité de production d’énergie solaire a atteint 1,2 térawatt (TW) en 2022 et doit être portée à au moins 75 TW d’ici à 2050 pour atténuer les scénarios les plus catastrophiques liés au réchauffement de la planète et aux gaz à effet de serre.
L’industrie commerciale travaille activement à l’amélioration de l’efficacité des cellules solaires. Le plus grand fabricant chinois (LONGi) a déjà atteint un rendement de 33,5 % en laboratoire. La prochaine étape consiste à augmenter la taille des cellules tandem silicium-perovskite efficaces en passant des conditions expérimentales (carrés de 1 cm) à des caractéristiques de niveau commercial (carrés de 15 cm). M. De Wolf est convaincu que nous atteindrons cet objectif le plus tôt possible.
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