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Une cellule solaire, également appelée cellule photovoltaïque, ou CP, absorbe la lumière du soleil et exploite ensuite cette énergie pour produire de l’électricité. Assemblées en un panneau solaire, ces cellules peuvent générer suffisamment d’électricité pour alimenter une maison, une école ou un bureau, ou distribuer de l’énergie directement dans le réseau électrique.
Bien que le silicium soit le matériau le plus couramment utilisé pour la fabrication des cellules solaires, il n’est pas le seul. En effet, d’autres matériaux sont susceptibles d’offrir un meilleur rendement, une plus grande polyvalence et un meilleur rapport coût-efficacité. Prenez par exemple les pérovskites, un type de matériau qui possède la même structure cristalline que le minéral composé de titanate de calcium.
«Lorsqu’elles sont utilisées comme matériau absorbant, les pérovskites ont démontré leur capacité à produire des cellules très efficaces, dont l’efficacité équivaut presque celle des cellules traditionnelles en silicium», explique Henry Snaith, professeur à l’université d’Oxford.
Mais comment les cellules en pérovskite peuvent-elles rivaliser avec les cellules en silicium déjà efficaces, qui présentent également l’avantage d’être produites à l’échelle? La réponse, selon Henry Snaith, consiste à viser un rendement plus élevé, ce qui est exactement l’objectif du projet PERTPV, financé par l’UE.
Empiler les cellules pour augmenter la tension – et le rendement
Ce qui distingue les cellules pérovskites de leurs cousines en silicium, c’est leur polyvalence. «Il est possible de modifier la composition des pérovskites pour qu’elles absorbent différentes bandes de lumière», fait remarquer Henry Snaith. «Cela signifie qu’au lieu d’absorber toute la lumière dans un seul matériau, comme c’est le cas avec le silicium, vous pouvez empiler deux ou plusieurs cellules les unes sur les autres et absorber différentes bandes de lumière solaire.»
Henry Snaith explique que cette caractéristique est importante car différentes bandes de lumière solaire sont essentiellement porteuses de différents niveaux d’énergie. «Une cellule solaire ne peut produire que la quantité de tension correspondant à la bande de lumière qu’elle est capable d’absorber», explique-t-il. «En empilant les cellules, vous pouvez augmenter la plage de bandes et, ce faisant, augmenter à la fois la tension et le rendement.»
Actuellement Oxford PV, une société dérivée de l’université d’Oxford, est en train d’empiler des pérovskites sur du silicium, pour un produit commercial qui devrait arriver sur le marché l’année prochaine. Le projet PERTPV va encore plus loin en empilant des cellules de pérovskite sur des cellules de pérovskite.
À terme, notre objectif est de démontrer le haut rendement des cellules en pérovskite à bande interdite large et étroite» fait remarquer Henry Snaith. «Cela nous permettra par la suite de fournir des cellules tandem efficaces à 30 %, à savoir de la pérovskite empilée sur de la pérovskite.»
Des travaux supplémentaires sont encore nécessaires
Le projet connaît déjà quelques résultats prometteurs. Par exemple, sa pérovskite à large bande interdite, qui se place au sommet de la pile et reçoit la lumière du soleil en premier, atteint presque le rendement escompté. Les chercheurs observent également une relativement bonne stabilité du matériau à faible bande interdite, qui est composé d’un mélange d’étain et de plomb.
Selon Henry Snaith, le principal défi réside dans l’efficacité de la pérovskite à faible bande interdite. «Le rendement est encore de l’ordre de 18-19 %, et nous devons vraiment le faire passer à 23 % pour être en mesure de fournir une cellule tandem efficace à 30 %» explique-t-il. «Avec les rendements actuels, nous devrions être en mesure de fournir une cellule efficace à 25 %, mais nous devons encore augmenter ce pourcentage.»
Outre le développement de la technologie elle-même, le projet étudie également la meilleure façon de fabriquer les cellules tandem en pérovskite. «Toutes les pièces sont en place, il ne nous reste plus qu’à les assembler et à les livrer», ajoute Henry Snaith. «Mais je suis convaincu qu’à la fin du projet, nous aurons conçu une cellule pérovskite tandem à haut rendement.»
Bien qu’il soit extrêmement difficile de prévoir les échéances, Henry Snaith estime que les cellules pérovskites à jonctions multiples devraient arriver sur le marché comme une alternative viable – et durable – aux cellules photovoltaïques en silicium dans les cinq prochaines années.
«Le développement des cellules en pérovskite est une occasion d’encore améliorer une industrie déjà durable, ce qui souligne l’importance du financement de recherches telles que le projet PERTPV», conclut Henry Snaith.