Cellule solaire à pérovskite et alternatives

Qu'est-ce qu'une cellule solaire en pérovskite ?

Les cellules solaires à pérovskite sont basées sur une classe unique de matériaux qui partagent le nom de la structure cristalline du matériau. Sa formule chimique confère à la pérovskite des propriétés uniques d'absorption de la lumière. La structure est simple et se prête à des méthodes peu coûteuses pour la transformer en cellules solaires fonctionnelles. En laboratoire, ces cellules ont atteint des taux de conversion d'énergie remarquables. Selon les scientifiques, la structure de la pérovskite permet d'absorber une large gamme de longueurs d'onde de la lumière solaire. C'est l'un des facteurs clés pour capter davantage d'énergie solaire.

Ces cellules ont retenu l'attention parce qu'elles peuvent être préparées à l'aide d'une solution. Cela signifie que la production nécessite des machines plus petites et moins d'énergie. Le processus de production présente des similitudes avec les techniques d'impression utilisées dans d'autres secteurs. Le processus peut être exécuté rapidement dans un environnement contrôlé. La technique utilise des matériaux peu coûteux. Toutefois, par rapport aux panneaux en silicium, la méthode de la pérovskite est encore en cours de maturation. Des recherches sont en cours pour résoudre des problèmes tels que la dégradation de l'environnement et la durabilité à long terme.

Par rapport aux options traditionnelles, les cellules solaires en pérovskite ont un coût de fabrication beaucoup plus faible. Même si elles n'en sont qu'à leurs débuts, les rendements obtenus sont proches de ceux observés dans les cellules solaires au silicium. Cela a suscité l'intérêt de nombreux ingénieurs et chercheurs. De nombreuses études de cas ont démontré la faisabilité de l'utilisation de matériaux pérovskites en tandem avec la technologie existante. Les premiers essais sur le terrain menés dans des climats doux se sont révélés prometteurs.

Comparaison avec les cellules solaires au silicium

Les cellules solaires au silicium constituent depuis longtemps l'épine dorsale de la production d'énergie solaire. Elles ont fait leurs preuves en termes de performances régulières et de fiabilité à long terme. Voici quelques différences essentielles :

- Rendement : Les cellules solaires pérovskites, dans les conditions idéales de l'environnement de laboratoire, égalent, voire dépassent, les cellules solaires au silicium. Les scientifiques ont rapporté des taux d'efficacité supérieurs à 25 % dans certaines expériences. Ces chiffres sont encourageants pour la prochaine phase de développement des cellules solaires.

- Coûts de fabrication : En termes de coût, l'avantage apparent est détenu par les cellules solaires pérovskites. La possibilité d'imprimer ou de revêtir ces cellules à l'aide d'un équipement simple laisse présager des frais d'installation et de production moindres. Les panneaux à base de silicium ont des besoins énergétiques élevés et leur production nécessite des installations coûteuses.

- Stabilité : Les panneaux au silicium sont sur le marché depuis des décennies. Leur performance à long terme a été démontrée dans une grande variété de conditions environnementales. En revanche, les cellules solaires pérovskites restent sensibles à l'humidité et à un éclairage prolongé. Cette sensibilité beaucoup plus grande à l'environnement réduit les utilisations actuelles des cellules solaires pérovskites à l'extérieur. L'encapsulation et les modifications chimiques apportées par divers chercheurs sont en cours pour remédier à ces défauts.

- Matériau et évolutivité : L'industrie du silicium s'est affinée au fil des ans avec d'énormes chaînes d'approvisionnement. Le silicium est largement disponible et compris. Les matériaux pérovskites, en revanche, en sont encore à la phase d'essai pour la production à grande échelle. De nouvelles percées dans le contrôle des processus, la constance de la qualité et l'amélioration de la durabilité sont nécessaires pour passer à l'échelle supérieure.

La promesse générale d'un rendement élevé et le faible coût des cellules solaires en pérovskite rendent cette technologie très intéressante. Cependant, le déploiement pratique doit correspondre à la stabilité et à la robustesse des matériaux des solutions au silicium. Les ingénieurs attendent avec impatience le jour où les cellules pérovskites pourront être utilisées en toute confiance sur tous les toits et dans toutes les fermes solaires.

Comparaison avec les cellules solaires à couche mince

Les cellules solaires à couche mince, qui ont déjà fait l'objet de nombreuses utilisations dans différentes applications, constituent une autre solution. Plus important encore, elles sont faciles à installer et ont des applications flexibles. Comparons maintenant les cellules solaires pérovskites avec ces dernières :

- Matériaux utilisés : Les cellules solaires à couche mince sont généralement fabriquées à partir de tellurure de cadmium ou de séléniure de cuivre, d'indium et de gallium. Ces matériaux doivent être manipulés de manière contrôlée. En revanche, les cellules pérovskites utilisent des précurseurs chimiques très simples, disponibles dans le commerce. Cette simplicité peut se traduire par des coûts de production inférieurs lorsqu'elles sont produites en masse.

- Efficacité : Les cellules solaires à couches minces ont tendance à présenter des rendements inférieurs à ceux des cellules solaires à pérovskite, comme le montrent généralement les différents tests. Bien qu'elles ne captent pas la lumière du soleil aussi efficacement que les pérovskites, leurs performances restent stables sur de longues périodes. Les ingénieurs ont noté que les cellules pérovskites peuvent parfois dépasser les cellules à couche mince en termes d'efficacité de conversion énergétique, en particulier dans des conditions de laboratoire. Cela peut indiquer que les pérovskites ont une longueur d'avance si les problèmes liés à la stabilité sont atténués.

- Fabrication : Les techniques de fabrication des cellules à couche mince sont bien établies. Elles ont bénéficié de nombreuses années d'amélioration et peuvent être optimisées pour une production à grande échelle. La fabrication des pérovskites est encore en cours de perfectionnement. La mise à l'échelle industrielle reste un domaine de recherche actif. L'optimisation des processus et l'amélioration des techniques de production sont nécessaires pour les rendre compétitives par rapport aux méthodes de fabrication des couches minces.

Bien que l'efficacité des cellules solaires à couche mince soit plus faible, leur robustesse et leurs méthodes de production éprouvées les rendent plus attrayantes. D'autre part, la cellule pérovskite offre une vision alléchante d'un avenir où rendement élevé et faible coût de production iront de pair. Aujourd'hui, les ingénieurs et les chercheurs s'interrogent également sur le choix de la technologie la mieux adaptée à chaque application. Par exemple, les dispositifs flexibles peuvent nécessiter la technologie des couches minces, tandis que pour les toits des maisons privées de demain, les panneaux en pérovskite peuvent présenter des avantages.

Cellules solaires organiques : Comparaison

Les cellules solaires organiques relèvent d'un autre domaine, celui des matériaux absorbant la lumière. Elles utilisent des polymères organiques et de petites molécules pour capter la lumière du soleil. Quelques points permettent de les comparer aux cellules en pérovskite :

- Efficacité : Les cellules pérovskites sont, en général, plus efficaces que les cellules solaires organiques. Les données de laboratoire montrent que les dispositifs en pérovskite surpassent les cellules organiques en convertissant rapidement la lumière du soleil en électricité. Même lorsque la conception créative est prometteuse pour les cellules organiques, leur efficacité absolue est limitée par les propriétés intrinsèques du matériau.

- Stabilité et durée de vie : Les cellules solaires organiques ont généralement une durée de vie plus courte. Leurs matériaux ont tendance à se dégrader plus rapidement sous l'effet des intempéries et de l'exposition aux rayons ultraviolets. Les cellules pérovskites sont plus prometteuses dans ce domaine. Avec de meilleures méthodes d'encapsulation, les cellules pérovskites pourraient durer plus longtemps que la plupart des cellules organiques. Des expériences ont montré que des cellules pérovskites bien protégées peuvent maintenir leurs performances sur de plus longues périodes.

- Coût et fabrication : Les cellules solaires organiques et pérovskites peuvent être traitées en solution. En général, les deux procédés sont moins gourmands en équipement que la fabrication de cellules en silicium. Cependant, les cellules pérovskites ont un avantage à cet égard. Elles présentent un meilleur rapport efficacité/coût dans de nombreux cas d'essai. Les chercheurs ont noté que les cellules organiques nécessitent le plus souvent des additifs ou des méthodes de stratification complexes qui augmentent les coûts sans apporter de gains comparables en termes de performances.

La flexibilité des cellules solaires organiques a donné lieu à des applications pratiques pour les appareils portables et de faible puissance. À l'avenir, la technologie pérovskite pourrait jouer un rôle plus important dans le développement de l'énergie solaire en raison de son efficacité plus élevée et de son potentiel de production à faible coût. De nombreuses études pilotes ont indiqué que les pérovskites pourraient bientôt devenir compétitives pour l'électronique grand public, les systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments et même la production d'électricité à grande échelle si les problèmes de stabilité sont résolus.

Conclusion

Les cellules solaires au silicium offrent une durabilité et une technologie éprouvée, les cellules à couche mince offrent une maturité de fabrication et une flexibilité de conception, les cellules organiques répondent à des marchés de niche grâce à leurs formes légères, tandis que les cellules solaires pérovskites promettent un rendement élevé à des coûts de production faibles.

Questions fréquemment posées

F : Quel est le principal avantage des cellules solaires pérovskites ?

Q : Elles offrent un rendement élevé et des coûts de fabrication faibles par rapport aux cellules au silicium classiques.

F : Quel est le problème actuel des cellules en pérovskite ?

R : Elles sont sujettes à la dégradation environnementale, ce qui limite leur utilisation à long terme à l'extérieur.

F : Comment les cellules pérovskites se comparent-elles aux cellules solaires organiques ?

Q : Elles présentent généralement un rendement plus élevé et une meilleure stabilité à long terme que les cellules organiques.