Pare-chocs DeJesus
Alors que les cellules solaires à base de silicium dominent le marché du photovoltaïque, le silicium est loin d’être le seul matériau capable de récolter efficacement l’électricité de la lumière du soleil. Les cellules solaires à couches minces utilisant du cadmium et du tellurure sont courantes dans les déploiements solaires à grande échelle, et dans l’espace, nous utilisons des cellules à haut rendement qui reposent sur trois matériaux distincts pour récolter différentes parties du spectre.
Une autre classe de matériaux, que nous n’utilisons pas actuellement, a fait l’objet de nombreuses recherches : les pérovskites. Ces matériaux sont bon marché et incroyablement faciles à transformer en une cellule solaire fonctionnelle. La raison pour laquelle ils ne sont pas utilisés est qu’ils ont tendance à se dégrader lorsqu’ils sont exposés au soleil, ce qui limite leur utilité à quelques années. Cela a attiré l’attention de la communauté des chercheurs, qui a expérimenté des moyens de les maintenir stables plus longtemps.
Dans l’édition de jeudi de Science, une équipe de recherche de Princeton a décrit comment ils ont structuré un matériau pérovskite pour limiter le mécanisme principal par lequel il se désintègre, résultant en une cellule solaire avec une durée de vie similaire à celle du silicium. Bien que la cellule pérovskite ne soit pas aussi efficace que ce qui est actuellement sur le marché, une structure similaire pourrait fonctionner pour préserver les matériaux associés qui ont des efficacités plus élevées.
Pourquoi les pérovskites ?
Les pérovskites ne sont pas un matériau unique ; au lieu de cela, il s’agit d’une grande famille de produits chimiques qui adoptent une configuration similaire lorsqu’ils sont cristallisés. Ils peuvent être formés à partir d’une variété d’éléments et même incorporer des produits chimiques organiques comme l’un des ions présents dans le cristal. Cette flexibilité signifie que, malgré la similitude structurelle, les cristaux de pérovskite peuvent avoir des propriétés distinctes en fonction des produits chimiques qui composent cette structure.
Ces propriétés incluent parfois un fort effet photovoltaïque (si ce n’était pas le cas, cet article serait très court). Les matériaux présentent un certain nombre d’avantages par rapport à ceux que nous utilisons pour les cellules solaires. Pour commencer, ils peuvent souvent être fabriqués à partir de matières premières très bon marché – le plomb est l’un des éléments les plus couramment utilisés dans les pérovskites photovoltaïques, par exemple.
Il est également relativement simple d’obtenir des pérovskites pour former des cristaux de haute qualité lorsqu’ils précipitent à partir d’une solution, ce qui les rend beaucoup plus faciles à travailler. Le traitement par solution est peu coûteux et facile à mettre à l’échelle, et il peut potentiellement appliquer des couches photovoltaïques à une gamme de matériaux et de surfaces.
Alors pourquoi presque tout le monde utilise-t-il encore du silicium ? Pour commencer, les pérovskites ont tendance à être beaucoup moins efficaces pour convertir les photons en électricité que la concurrence. Cela a été un facteur important en partie parce que la plupart des dépenses dans les installations solaires proviennent des permis et des coûts d’installation, ce qui met une certaine importance à tirer le meilleur parti de chaque panneau que vous installez.
Des développements récents ont identifié des pérovskites dont l’efficacité est similaire à celle du silicium, du moins pendant un certain temps. Malheureusement, les performances de la plupart des pérovskites se dégradent rapidement car les structures cristallines qu’elles forment ont tendance à se décomposer avec le temps lorsqu’elles sont exposées à la lumière. La plupart des pérovskites que nous avons testées perdraient un pourcentage important de leur production en un an, et peu ont la stabilité nécessaire pour maintenir une productivité élevée au-delà de cinq ans.