Les panneaux solaires en pérovskite : intérêts, coût et rendement

Le pérovskite est un minéral considéré comme le plus abondant du manteau terrestre. Utilisé depuis à peine 10 ans dans la filière photovoltaïque, il se démarque par ses incroyables propriétés d’absorption de la lumière. Découvrons ensemble ce nouveau matériau et son intérêt dans la production d’électricité.

Quel est ce panneau solaire nouvelle génération ?

Avant d’évoquer les intérêts du pérovskite pour les panneaux solaires photovoltaïques, parlons un peu de son histoire. On connaît l’existence des pérovskites depuis les années 1830 mais il fallut attendre 180 ans pour qu’un homme, Tsutomu Miyasaka, découvre leur potentiel en faveur de la filière photovoltaïque. Ces travaux ont permis la réalisation de cellules photovoltaïques qui se distinguent par un rendement supérieur aux cellules en silicium, par un transport d’électrons plus efficace.

Un panneau solaire à base de cellules en pérovskite

Pour rappel, les cellules solaires sont les composantes principales d’un panneau photovoltaïque. Elles transforment les rayons du soleil en électricité à l’aide d’un matériau semi-conducteur : c’est ce qu’on appelle l’effet photovoltaïque. Dans la plupart des cas, c’est le silicium qui joue le rôle de semi-conducteur mais, depuis quelques années, le pérovskite se distingue dans la filière photovoltaïque par une efficacité supérieure dans le transport des électrons.

Les cellules photovoltaïques qui utilisent ce matériau disposent vraisemblablement d’un rendement plus élevé : on évoque des rendements en laboratoire dépassant les 25 % lorsque les panneaux actuels atteignent uniquement les 20 % en moyenne. Récemment, un groupe de chercheurs australo-chinois a même conçu une cellule solaire à base de pérovskites, de un centimètre carré, ayant atteint un facteur remplissage record de 86,6 % (source : PV Magazine International 2022). C’est une première dans le monde, leur cellule ayant un facteur de remplissage moyen de 85,3 % et un rendement certifié de 22,6 %. Leurs capacités de production d’électricité semblent donc boostées par rapport aux panneaux photovoltaïques présents sur le marché.

Un panneau photovoltaïque à faible coût

Un panneau novateur mais économique, c’est ce qui ressort de ces nouveaux équipements à énergie solaire. En effet, les pérovskites, de par leur abondance mais également leurs exceptionnelles propriétés d’absorption de la lumière du soleil, ont un coût très faible. Actuellement, le silicium, ce matériau principalement utilisé pour les panneaux photovoltaïques en cours de commercialisation, est coûteux car il requiert une grande attention lors du processus de fabrication. A contrario, la production du pérovskite est plutôt simple, ce qui génère un gain de temps non négligeable et ainsi des coûts réduits.

De plus, si on cumule un faible coût d’achat du panneau à un facteur de remplissage élevé, et ainsi une production d’électricité supérieure, les panneaux à base de cellules photovoltaïques à pérovskite semblent être tout à fait rentables.

Le panneau solaire du futur sera en pérovskite ?

Faisons le point en 2022 sur ce nouveau panneau solaire

A l’heure actuelle, les panneaux solaires en pérovskite ne sont pas encore commercialisés. Depuis maintenant 10 ans, cette nouvelle technologie est en développement mais les cellules photovoltaïques à pérovskite présentent encore quelques défauts qu’il est nécessaire de résoudre.

Bientôt l’achat de panneaux solaires en pérovskite ?

On annonce des dates de lancement de panneaux pérovskites en 2025 ou en 2030, avec des prix d’achat largement inférieurs à ceux commercialisés actuellement. Ces panneaux photovoltaïques « bon marché » marqueraient sans doute un virage pour la filière photovoltaïque, et permettraient un développement plus rapide des énergies renouvelables en France et dans le Monde.

Mais le pérovskite est encore en phase de développement, notamment pour résoudre certains de ses défauts qui restent des obstacles importants à la commercialisation de panneaux photovoltaïques :

• Les cellules photovoltaïques à pérovskite contiennent du plomb, dont l’inhalation est hautement toxique. En effet, en cas de fuite d’un panneau, le plomb peut se répandre dans l’air ou dans l’eau (via les intempéries). S’il existe un risque que les panneaux solaires en pérovskite peuvent engendrer des situations sanitaires complexes, dues à une diffusion incontrôlée de plomb et à leur toxicité, leur commercialisation en sera assurément impacté.
• Les modules photovoltaïques à pérovskite sont peu stables et vieillissent plus rapidement et/ou plus inégalement que les cellules à silicium. De nombreuses pertes de performance ont été constatées lors d’études et de tests en laboratoire, et des problèmes de vieillissement sont apparus. On ne dispose donc pas de certitudes quant à la durée de vie de cette nouvelle technologie solaire. Les années suivantes nous en apprendront sans doute davantage sur sa durabilité.

Rassurons-nous, des chercheurs se penchent déjà sur des solutions pour ces deux principaux problèmes. Par exemple, il est envisagé de rajouter du sel de phosphate transparent sur les panneaux en pérovskite, qui réagirait immédiatement si du plomb est libéré, sans pour autant entraver la lumière solaire.

Quant aux problèmes de vieillissement et de stabilisation, des idées de « tandem » sont envisagées, cumulant l’efficacité du pérovskite à la stabilité du silicium.

Les panneaux tandem : l’autre nouveauté pour exploiter l’énergie solaire

Des scientifiques développent actuellement un autre type de panneau cumulant deux matériaux semi-conducteurs : le silicium et le pérovskite. La combinaison des avantages de chacun permet d’atteindre des rendements très élevés, de l’ordre de 30 %.

Une production de panneaux en pérovskite et en silicium

Concrètement, deux types de cellules solaires sont associés au sein d’un même panneau : l’une est à base de silicium, l’autre de pérovskite. Ces deux cellules forment alors un « tandem ». Par cette innovation, le transport d’électrons est renforcé puisque les couches absorbent chacune différentes radiations du spectre solaire. Cette nouvelle technologie ambitionne donc de drastiquement réduire le coût de production de l’électricité, en produisant plus d’énergie sur une même surface.

Puisque ce panneau « tandem » contient du pérovskite, il est également à l’étude et ne sera pas commercialisé avant plusieurs années.

Comme on peut le constater, les innovations se multiplient dans la filière photovoltaïque, et le pérovskite fait partie de ces sujets qui participent au développement des énergies renouvelables. C’est pourquoi GROUPE ROY ENERGIE continue de suivre l’actualité de la filière et souhaite vous proposer de plus en plus des solutions qui vous correspondent. Pour plus d’informations sur l’effet photovoltaïque et les produits que nous proposons, n’hésitez pas à contacter notre équipe.