Des cellules solaires associant pérovskite et silicium permettent aux chercheurs d’améliorer le rendement de la production d’électricité photovoltaïque

Les systèmes photovoltaïques, qui exploitent de manière propre et durable l’énergie du soleil, continuent à se développer plus vite que toutes les autres sources d’énergies renouvelables grâce à des coûts de plus en plus réduits. Intégrées dans ces systèmes, ce sont les cellules solaires à base de silicium qui dominent le marché, du fait de leur haute efficacité et de leur grande stabilité, mais aussi de leurs coûts de transformation relativement faibles. Cependant, d’autres dispositifs, qui reposent sur la technologie émergente de la pérovskite, sont aujourd’hui mis sur le devant de la scène. Cette technologie semble particulièrement prometteuse dans la mesure où elle pourrait permettre d’améliorer plus encore l’efficacité des cellules en silicium.

Une équipe de chercheurs en partie soutenue par le projet CHEOPS, financé par l’UE, est parvenue à associer des cellules en silicium et en pérovskite, grâce à une formation en « tandem », qui devrait permettre de fournir plus d’énergie que chacune des cellules ne pourrait le faire à elles seules. Leur cellule solaire a atteint un rendement de 25,2 %. Les conclusions de leurs recherches ont été publiées dans la revue « Nature Materials ». Ces recherches ont démontré la faisabilité d’un processus de dépôt de pérovskite sur mesure, qui se trouve être totalement compatible avec les cellules de fonds industrielles existantes en silicium monocristallin, et qui permettrait potentiellement « un rendement de conversion électrique supérieur à 30 %, à un prix raisonnable ».

Cité dans un article de presse publié sur le site du projet, le co-auteur Quentin Jeangros explique : « Une surface en silicium consiste en une série de pyramides mesurant environ 5 microns, qui piègent la lumière et empêchent qu’elle se reflète. Or, ce type de texture de surface rend le dépôt d’une couche fine homogène de pérovskite difficile à effectuer ».

Quand la pérovskite est déposée sous sa forme liquide, ce qui est généralement le cas, elle s’accumule dans les creux entre les pyramides, tandis que les pointes ne sont pas recouvertes. Ce qui provoque des courts-circuits. Les scientifiques de l’École polytechnique fédérale de Lausanne et le Centre suisse d’électronique et de microtechnique se sont attachés à résoudre ce problème en recourant à des méthodes d’évaporation qui permettent de former une couche de base non-organique qui recouvre totalement les pyramides avant de déposer les composants organiques de la pérovskite en solution. Une étape de recuit à basse température permet ensuite de cristalliser l’absorbeur de la pérovskite. Les cellules solaires tandem bénéficient de la texture du silicium qui permet un courant photo-électrique record et donc une haute performance.

Florent Sahli, le premier auteur de l’étude ajoute : « Jusqu’ici, l’approche standard pour produire des cellules tandem pérovskite/silicium consistait à niveler les pyramides des cellules de silicium, ce qui diminuait leurs propriétés optiques et donc leur performance, avant d’y déposer les cellules en pérovskite. En outre, cela ajoutait des étapes au processus de fabrication ».

Une intégration dans les lignes de production d’énergie solaire existantes

Les processus mis au point au cours de ces recherches ont été conçus pour n’ajouter que quelques étapes spécifiques à la fabrication des cellules de fonds en silicium. Ainsi, les fabricants de cellules en silicium n’auront pas à adopter une technologie solaire complètement nouvelle lorsqu’ils mettront en place les cellules du dessus en pérovskite. Cependant, malgré les avancées de l’équipe, cette technologie va nécessiter encore des travaux avant de pouvoir être commercialisée, notamment en ce qui concerne sa stabilité sur le long terme.

Le projet CHEOPS (Production technology to achieve low Cost and Highly Efficient phOtovoltaic pérovskite Solar cells), en cours, a pour objectif de rapprocher du marché les matériaux en pérovskite photo-active, des composés synthétiques qui présentent la même structure en cristaux que la pérovskite minérale que l’on trouve dans la nature et qui a été nommée d’après le minéralogiste russe Lev Perovski.

Comme expliqué sur le site du projet « à l’échelle du laboratoire, la conversion d’énergie avec des dispositifs en pérovskite a bien avancé, avec des rendements dépassant les 20 %. Mais seules quelques tentatives ont été réalisées à plus grande échelle, et elles ont donné des rendements significativement inférieurs, sous les 9 %. En outre, des questions relatives à la stabilité du matériau et à la fiabilité des procédures de mesure sont encore en discussion ».

Pour plus d’informations, veuillez consulter :
site web du projet CHEOPS

Source : CORDIS