Amélioration des performances des cellules solaires à Pérovskite

Depuis plusieurs décennies, le marché de l’énergie solaire est très largement dominé par les cellules photovoltaïques en silice polycristalline, ou monocristalline pour les plus performantes. Bien que de moins en moins cher (le coût moyen de production diminue d’environ 1% tous les mois) les recherches sur l’efficacité de conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique convergent vers un rendement maximal autour de 25%. Afin de trouver des solutions plus performantes, les recherches se tournent vers de nouveaux matériaux aux propriétés prometteuses.

La recherche sur les panneaux solaire en pérovskite (Perovskite solar cell (PSC) en anglais) est l’un des sujets les plus en vogue dans ce domaine depuis 2013. Le prestigieux journal scientifique Science le considère même comme l’un des 10 thèmes les plus prometteurs dans les années à venir. Outre ses avantages en termes de performance énergétique et flexibilité mécanique, c’est aussi une solution plus respectueuse de l’environnement. En effet, contrairement à la mise en forme de la silice qui nécessite une montée en haute température (environ 2500°C) et le relargage de produits toxiques, les films de pérovskite peuvent eux être fabriqués en solution à température ambiante à l’aide du procédé relativement simple dit d’enduction centrifuge (spin coating).

Cette alternative de plus en plus sérieuse, se heurtent cependant encore à un certain nombre de verrous, parmi lesquels le manque de stabilité, une très forte sensibilité à l’humidité et une diminution importante des performances lorsque celles-ci sont exposées à la lumière du soleil, un comble pour un matériaux qui souhaite devenir le composant principal des panneaux solaires du futur. Les dernières études menées dans le domaine, indiquent une perte d’efficacité de 20% après 200h et de 50% après 500h d’utilisation !

Pourtant, malgré l’ensemble de ces obstacles, une commercialisation est espérée d’ici 3 à 5 ans. Selon les experts, cela serait possible dû aux investissements importants dans le domaine mais surtout grâce aux avancés réalisées ces dernières années. Alors que des études japonaises publiées à ce sujet en 2009 faisaient état d’un rendement photovoltaïque ne dépassant pas les 3,8 % celui-ci atteint 22,1 % en 2016. Cette année des équipes de recherches françaises et américaines ont réussi à synthétiser des pérovskites qui s’auto-réparent très rapidement en les plongeant simplement dans le noir complet.

Récemment, le Pr Jian-Bine Xu et son équipe du département d’électronique de l’Université Chinoise de Hong Kong (CUHK) ont amélioré la résistance et la stabilité de la pérovskite grâce à une nouvelle méthode de synthèse basée sur une réaction « Acido-basique à coefficient non-stœchiométrique (NABR) ».

Leur étude qui permet d’augmenter la durée de vie des cellules de 1 semaine à 2 mois sous une humidité relative de 65 % a été publiée dans le dernier numéro de décembre 2016 de la prestigieuse revue scientifique « Nature Communications ».
Elle s’inscrit dans un projet de 5 ans nommé « Captage, utilisation et stockage intelligent de l’énergie solaire » (Smart Solar Energy Harvesting, Storage and Utilization) et est financé à hauteur de 60,33 millions de HKD (7,5 M€) par le gouvernement de Hong Kong via le fond pour la recherche « Research Grants Council (RGC) », d’environ 13,8 million de HKD (1,7 M€) par l’université Chinoise de Hong Kong (CUHK) et à hauteur de 3 millions de HKD (375 000 €) par les autres universités partenaires : l’Université Polytechnique de Hong Kong (PolyU), l’Université de Science et Technologique de Hong Kong (HKUST) et l’Université de Hong Kong (HKU).

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Rédacteur : Monier Justin, Chargé de mission scientifique – Hong Kong