Panneau solaire perovskite : le futur du photovoltaïque ?
De plus en plus, la pérovskite est considérée comme l’avenir de la cellule photovoltaïque. Peut-on vraiment avoir confiance dans cette technologie du futur ? On récapitule l’essentiel.
Sommaire
- Définition : qu’est-ce que la pérovskite ?
- Rendement des cellules photovoltaïques au silicium : vers un plafond de verre ?
- Qu’est ce qu’un panneau pérovskite-silicium ?
- Fonctionnement panneau solaire pérovskite
- Les avantages des solaires en pérovskite
- Inconvénients des modules pérovskites : pourquoi les panneaux solaires en pérovskite ne sont pas déjà commercialisés ?
- Récapitulatif : les technologies solaires les plus performantes
- Panneau solaire pérovskite : ce qu’il faut retenir
Définition : qu’est-ce que la pérovskite ?
Gustav Ros découvre au début du XIXe siècle le titanate de calcium qu’il décide d’appeler pérovskite en l’honneur du minéralogiste russe Perovski.
Aujourd’hui, on parle de pérovskites au pluriel pour désigner un ensemble de minéraux qui partagent une structure cristalline et des propriétés communes avec le titanate de calcium.
Les pérovskites constituent l’un des minéraux les plus présents dans la croûte terrestre, tout comme le silicium !
Aujourd’hui, les propriétés des pérovskites permettent leur utilisation :
- Dans la santé pour combattre des formes de cancers de surface
- Et bien sûr, dans l’énergie pour fabriquer des cellules solaires qui produisent de l’électricité
En effet, la pérovskite est reconnue pour sa capacité à absorber la lumière.
C’est un conducteur d’électricité particulièrement performant, qui transporte les électrons plus rapidement et facilite la conversion en énergie électrique.
En 2010, le scientifique Tsutomu Miyasaka découvre que la pérovskite permet un rendement plus élevé que le silicium traditionnellement utilisé dans les cellules photovoltaïques.
En 2013, la physicienne Olga Malinkiewicz a réussi à mettre au point la première cellule solaire pérovskite à haut rendement.
Aujourd’hui, les recherches autour de la pérovskite continuent.
Les fabricants estiment que ce minéral pourrait révolutionner le secteur du solaire, en permettant de produire de l’électricité à un coût inférieur et avec une meilleure efficacité.
Rendement des cellules photovoltaïques au silicium : vers un plafond de verre ?
Les cellules photovoltaïques au silicium monocristallin sont développées, perfectionnées et commercialisées depuis plus de 40 ans maintenant.
Robustes, durables et performantes, ce sont les cellules qui équipent les meilleurs panneaux solaires actuellement sur le marché car elles offrent le meilleur rendement.
Aujourd’hui, le rendement d’une cellule photovoltaïque au silicium monocristallin peut aller jusqu’à 24,3 % (des cellules de type ABC d’Aiko ont même atteint le rendement exceptionnel de 27% !) !
Mais d’après les scientifiques, nous atteignons les limites de cette technologie.
En effet, le silicium n’est capable de convertir qu’une partie du spectre lumineux.
On parle de bande interdite pour désigner la capacité d’un semi-conducteur à capter une part plus ou moins grande du rayonnement solaire.
Plus la bande interdite est large, plus le semi-conducteur capte de rayonnement, et plus la panneau solaire est capable de produire de l’électricité.
C’est ici que la pérovskite entre en jeu : grâce à sa bande interdite, elle est capable de capter et transformer plus efficacement une plus grande partie du spectre lumineux.
Alors pour créer une vraie rupture technologique, les chercheurs ont décidé d’appliquer les propriétés exceptionnelles de la pérovskite au silicium pour obtenir la meilleure bande interdite.
Qu’est ce qu’un panneau pérovskite-silicium ?
Les panneaux solaires à la pérovskite sont des panneaux solaires composés de pérovskite ET de silicium.
C’est pourquoi on les appelle sobrement panneaux pérovskite-silicium.
Ou avec un peu plus de poésie : panneaux tandem.
Cette technologie consiste à ajouter des couches de pérovskite sur la surface des cellules photovoltaïques en silicium classiques.
Sous forme d’un film souple et très mince, la couche de pérovskite vient enrichir le silicium de ses propriétés conductrices.
L’objectif est de bénéficier des avantages de ces deux matériaux de façon complémentaire.
Les pérovskites et le silicium absorbent l’énergie de la lumière solaire dans des longueurs d’onde différentes : leur association permet de capter plus de rayonnements pour les convertir en électricité.
Les cellules tandem peuvent produire au moins 20 % d’énergie en plus qu’une cellule en silicium seul.
En juillet 2024, JinkoSolar (l’un des plus grands fabricants au monde) annonçait avoir atteint un rendement record de 33,24 % en laboratoire !
Bon à savoir : il existe des cellules tandem de pérovskite pure. Il s’agit d’un empilement de deux couches de pérovskite (au lieu d’une couche de pérovskite et d’une couche de silicium). Mais ces cellules sont encore au stade d’expérimentation en laboratoire.
Fonctionnement panneau solaire pérovskite
Le fonctionnement d’un panneau solaire en pérovskite-silicium est très similaire à celui d’un panneau photovoltaïque en silicium.
Pour schématiser, une cellule tandem pérovskite silicium ressemble un peu à un sandwich :
- la partie supérieure de la cellule est composée de fines couches de pérovskite
- La partie inférieure de la cellule est composée d’une couche épaisse de silicium monocristallin
La pérovskite capte les longueurs d’ondes courtes (lumière visible et ultraviolets), tandis que le silicium capte les longueurs d’ondes plus longues comme les infrarouges.
Ce millefeuille photovoltaïque permet ainsi de capter une grande partie du rayonnement lumineux.
Le courant continu produit par la cellule tandem est ensuite converti en courant alternatif par un onduleur ou un micro-onduleur.
Il peut être utilisé pour alimenter les appareils électriques d’une habitation (éclairage, électroménager, chauffage, ou encore l’eau chaude sanitaire).
Les avantages des solaires en pérovskite
La quantité de matière disponible
La pérovskite est un matériau naturellement abondant sur Terre, dont les coûts d’extraction et de production sont inférieurs à ceux du silicium.
Les couches de pérovskites utilisées dans la fabrication des cellules photovoltaïques sont des matériaux de synthèse, fabriqués en laboratoire.
Les étapes de synthèse du matériau perovskite et sa dépose en couche se fait à « basse » température.
Résultat ? Le bilan carbone de la fabrication des cellules à la pérovskite est meilleur que celui des cellules au silicium monocristallin.
La pérovskite, en revanche, n’a pas besoin d’être parfaite pour assurer une bonne performance.
Bon à savoir :
On lit souvent que la pérovskite étant plus fine que le silicium, les panneaux solaires à la pérovskite sont beaucoup plus fins.
Effectivement, la couche de pérovskite est 500 fois plus fine que le silicium.
Mais il s’agit seulement de la couche superficielle déposée sur la face avant de la cellule.
Sinon, les panneaux à la pérovskite et les panneaux au silicium cristallins ont les mêmes dimensions.
Un budget réduit pour son installation solaire
Produire des cellules photovoltaïques en pérovskite sera à priori moins coûteux que de fabriquer des panneaux en silicium.
Pour cette raison, les panneaux en pérovskite pourraient être vendus moins chers que les panneaux actuels et réduire le temps nécessaire pour rentabiliser son installation solaire.
L’avantage, c’est que cette technologie donnerait la possibilité aux foyers aux revenus plus modestes de sauter le pas du photovoltaïque. En améliorant la technologie, l’usage du solaire pourrait être démocratisé.
Un meilleur rendement
En plus de sa robustesse, la pérovskite se distingue par une efficacité supérieure.
Elle permet une production d’électricité moyenne plus élevée que les technologies actuelles.
Cette caractéristique en fait une véritable révolution pour la filière solaire, qui pourrait offrir des panneaux à la fois plus performants et plus abordables, avec une meilleure rentabilité.
De nouveaux usages
Autre avantage : la structure de la pérovskite permet de fabriquer des panneaux flexibles et transparents.
Ces caractéristiques ouvrent des perspectives d’un usage différent, comme l’intégration de panneaux dans les fenêtres, les toitures, sur une porte ou même sur une véranda, pour créer des surfaces productrices d’énergie solaire.
Ces panneaux pourraient être une vraie révolution pour le secteur solaire et transformer les usages à la maison, notamment en apportant un vrai gain de place.
Inconvénients des modules pérovskites : pourquoi les panneaux solaires en pérovskite ne sont pas déjà commercialisés ?
Bien que prometteurs, les panneaux solaires en pérovskite ne sont pas encore commercialisés à grande échelle car ils présentent encore plusieurs défis techniques et environnementaux.
Un matériau instable
Actuellement, cette technologie présente une certaine instabilité : les cellules en pérovskite sont sensibles à la chaleur, à l’humidité, à l’oxygène et au rayonnement ultraviolet, ce qui limite leur durabilité et augmente les risques liés à leur vieillissement.
Les scientifiques tentent d’améliorer le fonctionnement de ces cellules dans les panneaux en ajoutant un film anti-UV sur le dessus et en recouvrant l’autre face d’une protection contre l’humidité et l’oxygène.
Dans certains panneaux, on ajoute d’autres molécules telles que le thiocyanate de cuivre pour venir renforcer la pérovskite, ou on les recouvre d’un verre protecteur.
Dans l’état actuel des travaux de recherche, commercialiser des panneaux en pérovskite ne permettrait pas de garantir une durée de vie suffisante pour les panneaux.
Des enjeux environnementaux
Un autre problème majeur qui fait obstacle à la commercialisation de ces panneaux révolutionnaire est la présence de plomb dans la composition des cellules en pérovskite.
Cet élément est toxique pour l’environnement et la santé.
La toxicité de la matière représente un frein important à la commercialisation.
La science doit encore trouver des solutions viables pour réduire ou remplacer le plomb sans compromettre l’efficacité des panneaux.
Ces défis sont activement étudiés par les chercheurs du secteur, et les avancées réalisées pourraient bien permettre de stabiliser la technologie et de la rendre plus écologique en l’améliorant dans les prochaines années.
Récapitulatif : les technologies solaires les plus performantes
La pérovskite n’est pas la seule voie explorée par les scientifiques pour créer les panneaux solaires de demain.
Nous avons résumé pour vous les principales technologies actuellement sur le marchés et les technologies les plus prometteuses (encore au stade de développement).
C’est parti :
| Technologie de cellule | Fonctionnement | Rendement panneau |
|---|---|---|
| PERC | Sur les panneaux solaires PERC, une couche de passivation diélectrique est ajoutée. Elle permet de réfléchir la lumière qui a traversé le silicium. Ainsi, la cellule a une deuxième chance de capter la lumière. | Entre 20 et 22 % |
| N-type TOPcon | Le silicium des cellules est « dopé au phosphore », ce qui permet de limiter les pertes d’énergie des cellules. | Entre 22 et 23,3% |
| N-type HJT (hétérojonction) | Le silicium au centre est recouvert par deux couches de silicium amorphe et d’un conducteur transparent. | Entre 22,2 et 23,5% |
| N-type IBC (back-contact) | Les contacts sont placés à l’arrière de la cellule solaire ce qui limite les ombres et augmente la surface de conversion de la cellule. | Entre 22 et 25 % |
| Tandem pérovskite | La superposition de différentes couches de matériaux semi-conducteurs permet d’absorber et de transformer différentes parties du spectre solaire. | >30% |
Panneau solaire pérovskite : ce qu’il faut retenir
Les promesses de la pérovskite sont alléchantes pour répondre aux enjeux environnementaux, financiers et techniques du photovoltaïque.
En l’état actuel de la science et du marché, l’innovation pérovskite n’est pas encore apte à être commercialisée, elle est encore en phase de développement en laboratoire.
Aujourd’hui, il n’y a pas d’intérêt à attendre le développement de cette technologie pour investir dans le solaire : les panneaux solaires monocristallins restent la solution la plus avantageuse.
Mais dans les prochaines années, l’avancée de la technologie tandem pourrait permettre d’améliorer significativement les installations solaires et leur rendement.
FAQ
Les questions fréquentes sur la pérovskite
-
Comment fonctionnent les cellules solaires à pérovskite ?
Le fonctionnement d’un panneau solaire en pérovskite est similaire à celui d’un panneau photovoltaïque en silicium. La pérovskite est un conducteur d’électricité particulièrement performant, qui convertit donc l’énergie solaire en électricité plus efficacement.
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Peut-on acheter un panneau solaire en pérovskite ?
La pérovskite est encore une technologie en cours de développement. On prévoit que sa commercialisation pourrait commencer à se faire entre 2026 et 2030. Les premiers panneaux seront des panneaux tandem, qui allient la pérovskite et le silicium.
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