Les cellules solaires à base de pérovskite sont considérées comme les successeurs potentiels des cellules au silicium actuellement prédominantes en raison de leur rentabilité et de leurs performances exceptionnelles.
Des recherches récentes ont mis en évidence des cellules photovoltaïques à base de pérovskite aux propriétés optoélectroniques améliorées. L’un des principaux obstacles à leur adoption plus large est la réduction des pertes optiques dans ces cellules de nouvelle génération.
Les cellules à base de pérovskite offrent une efficacité supérieure à 26% et un processus de production rentable. Des scientifiques ont introduit une méthode de nano-impression pour créer des structures antireflet efficaces sur les cellules de pérovskite, améliorant ainsi la scalabilité et les performances. Cette nouvelle approche préserve l’intégrité de la pérovskite et favorise des architectures de cellules adaptables.
La méthode est propice aux configurations en tandem de silicium et de pérovskite, annonçant de futures innovations en matière d’efficacité photovoltaïque.
La recherche
Le photovoltaïque a connu un développement significatif au cours des 20 dernières années, tant en termes d’efficacité des panneaux que de capacité installée, qui a augmenté dans le monde entier de 1000 fois depuis l’an 2000. Le silicium a été le matériau le plus couramment utilisé pour produire des panneaux photovoltaïques, mais les cellules à base de cet élément approchent actuellement leurs limites d’efficacité physique. Par conséquent, les scientifiques explorent activement des solutions innovantes visant à améliorer l’efficacité des cellules et à permettre simultanément une production moins coûteuse et plus respectueuse de l’environnement.
Les cellules à base de pérovskite répondent à ces deux critères, offrant une efficacité supérieure à 26% et une facilité et rentabilité de production grâce à des méthodes chimiques bien établies. Actuellement, de nombreux instituts de recherche dans le monde travaillent sur l’amélioration de leur efficacité et de leur résistance aux conditions atmosphériques. L’un des défis auxquels ils sont confrontés est l’intégration des cellules de pérovskite avec les cellules de silicium tout en réduisant simultanément les pertes dues à la réflexion et à l’absorption parasite.
Pour minimiser ces pertes, les cellules de silicium sont généralement gravées avec des agents chimiques hautement corrosifs, un processus qui crée un motif de pyramides microscopiques à la surface, réduisant ainsi la réflexion de l’ensemble du dispositif et augmentant le courant généré par celui-ci. Les pérovskites sont en revanche sensibles à de nombreuses substances chimiques, c’est pourquoi des revêtements antireflet planaires moins efficaces ont été appliqués jusqu’à présent par pulvérisation moins invasive.
Des scientifiques ont utilisé la méthode de nano-impression pour créer une structure antireflet efficace avec une symétrie en nid d’abeille sur la cellule solaire à base de pérovskite. Cette technique permet la production de structures à l’échelle nanométrique sur de très grandes surfaces, dépassant 100 cm².
« Cette approche garantit la scalabilité dans le processus de production de dispositifs à grande surface, ce qui est crucial dans le contexte de l’urgence de la transformation énergétique vers les sources d’énergie renouvelable« , indique Maciej Krajewski, chercheur à la Faculté de Physique de l’Université de Varsovie.
Les échantillons modifiés de cette manière présentent une efficacité supérieure à celle des cellules utilisant les couches antireflet planaires précédemment employées. En plus d’améliorer l’efficacité, une autre découverte importante de ce travail publié est que le procédé d’application de cette couche n’endommage pas la pérovskite, ouvrant la possibilité d’utiliser d’autres structures adaptées aux architectures de cellules spécifiques.
Jusqu’à présent, les scientifiques appliquaient des structures antireflet similaires sous forme de couches préparées séparément, qui étaient transférées dans un autre processus technologique nécessairement à petite échelle et susceptibles d’endommager la couche active.
En utilisant la méthode de nano-impression directe, il devient possible de fabriquer l’ensemble du dispositif à grande échelle et en un seul processus technologique, ce qui est crucial pour réduire les coûts globaux du dispositif. De plus, la méthode appliquée est compatible avec une configuration en tandem, c’est-à-dire combinant des cellules de silicium et de pérovskite, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités pour son application.
Tableau comparatif des caractéristiques des cellules solaires
| Caractéristiques | Cellules solaires à base de pérovskite | Cellules solaires à base de silicium |
|---|---|---|
| Efficacité | Supérieure à 26% | Approchant leurs limites d’efficacité physique – 20 – 22% |
| Coût de production | Rentable et économique | Plus coûteux et moins rentable |
| Méthodes production | Chimiques bien établies | Gravure chimique et autres procédés |
| Sensibilité chimique | Sensible à de nombreuses substances chimiques | Moins sensible aux substances chimiques |
| Structures antireflet | Nano-impression avec symétrie en nid d’abeille | Gravure chimique avec motif de pyramides microscopiques |
| Tandem | Compatible avec les cellules de silicium | Utilisé comme base pour les configurations en tandem |
| Potentiel d’innovation | Futures innovations en matière d’efficacité photovoltaïque | Approchant leurs limites d’efficacité physique |
En synthèse
Les résultats publiés ouvrent la voie à de nouveaux dispositifs photovoltaïques aux propriétés optoélectroniques exceptionnelles, utilisant des techniques de nano-impression dans leur production. L’adoption de cette approche pourrait conduire à des améliorations significatives de l’efficacité des cellules solaires à base de pérovskite et à leur intégration réussie avec les cellules de silicium, signalant de futures innovations dans le domaine de l’efficacité photovoltaïque.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que les cellules solaires à base de pérovskite ?
Les cellules solaires à base de pérovskite sont une nouvelle génération de cellules photovoltaïques qui offrent une efficacité supérieure et un processus de production rentable par rapport aux cellules solaires traditionnelles à base de silicium.
2. Quels sont les avantages des cellules solaires à base de pérovskite ?
Ce type de cellules solaires offre une efficacité supérieure à 26%, une production rentable et une meilleure adaptabilité aux architectures de cellules spécifiques par rapport aux cellules solaires à base de silicium.
3. Quel est le principal défi pour l’adoption des cellules solaires à base de pérovskite ?
Le principal défi pour l’adoption des cellules solaires à base de pérovskite est de réduire les pertes optiques, telles que la réflexion et l’absorption parasite, tout en préservant l’intégrité de la pérovskite.
4. Quelle est la méthode de nano-impression utilisée dans la recherche ?
La méthode de nano-impression consiste à créer une structure antireflet efficace avec une symétrie en nid d’abeille sur la cellule solaire à base de pérovskite, permettant la production de structures à l’échelle nanométrique sur de très grandes surfaces.
5. Quelles sont les implications de cette recherche pour l’avenir des cellules solaires ?
Les résultats de cette recherche pourraient conduire à des améliorations significatives de l’efficacité des cellules solaires à base de pérovskite et à leur intégration réussie avec les cellules de silicium, signalant de futures innovations dans le domaine de l’efficacité photovoltaïque.
Légende illustration principale : Visualisation de la texture alvéolaire fabriquée pour la cellule solaire en pérovskite (source : Maciej Krajewski, Faculté de physique de l’Université de Varsovie). Les recherches de l’équipe de scientifiques ont été récompensées par une présentation en couverture de la revue « Advanced Materials and Interfaces » – Credit : Maciej Krajewski, Faculty of Physics at the University of Warsaw
Advanced Materials and Interfaces (« Roller Nanoimprinted Honeycomb Texture as an Efficient Antireflective Coating for Perovskite Solar Cells ») – DOI: 10.1002/admi.202370076
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