Dans la plupart des pays industrialisés, les panneaux solaires ne représentent qu’un quart à un tiers du coût global de construction d’une ferme solaire. Toutes les autres dépenses (matériel supplémentaire, financement, installation, permis, etc.) constituent l’essentiel du coût. Pour tirer le meilleur parti de tous ces autres coûts, il est logique de payer un peu plus pour installer des panneaux efficaces qui convertissent une plus grande partie de la lumière entrante en électricité.
Malheureusement, la pointe des panneaux de silicium est déjà à environ 25 % d’efficacité, et il n’y a aucun moyen de pousser le matériau au-delà de 29 %. Et il y a un énorme saut de prix entre ceux-ci et les types de matériel photovoltaïque spécialisé et hyper-efficace que nous utilisons dans l’espace.
Ces panneaux coûteux ont trois couches de matériaux photovoltaïques, chacun accordé à une longueur d’onde de lumière différente. Donc, pour atteindre quelque chose entre les deux sur l’échelle coût/efficacité, il est logique de développer un dispositif à deux couches. Cette semaine a vu des progrès à cet égard, avec deux rapports distincts sur des cellules solaires en pérovskite/silicium à deux couches avec des rendements bien supérieurs à 30 %. À l’heure actuelle, ils ne durent pas assez longtemps pour être utiles, mais ils peuvent montrer la voie vers le développement de meilleurs matériaux.
Porter des couches
L’idée derrière les dispositifs photovoltaïques à deux couches, appelés tandem, est très simple. La couche supérieure doit absorber les photons à haute énergie et les convertir en électricité tout en restant transparente aux autres longueurs d’onde. Ensuite, la couche en dessous devrait absorber les photons de plus faible énergie. Le silicium, qui a tendance à avoir un pic d’absorption vers l’extrémité rouge du spectre, est un excellent candidat pour la couche inférieure. Cela laisse la question de savoir ce qui pourrait être logique de mettre dessus.
Les pérovskites font un candidat attrayant. Il s’agit d’une classe entière de matériaux définis par la structure des cristaux qu’ils peuvent former ; ils peuvent être fabriqués à partir d’une grande variété de produits chimiques non apparentés. Cela présente des avantages considérables, car cela signifie que vous pouvez potentiellement identifier des matériaux sources très peu coûteux qui peuvent se combiner en un cristal de pérovskite. De nombreuses pérovskites se formeront également facilement à partir d’une solution des matières premières, nous permettant potentiellement de mettre un revêtement de pérovskite photovoltaïque sur une vaste gamme de matériel.
Le gros problème est que beaucoup de ces cristaux ne sont pas particulièrement stables et se décomposent en matières premières au fil du temps. Et ce temps peut être aussi court que des semaines ou des mois pour certains des matériaux les plus prometteurs. Il y a eu quelques progrès dans l’allongement de leur durée de vie, mais nous n’en sommes pas encore au point où il est logique de fabriquer des panneaux de pérovskite.
L’autre avantage des pérovskites est qu’en choisissant soigneusement les matières premières, vous pouvez régler la longueur d’onde maximale absorbée par le cristal résultant. Vous pouvez donc choisir une longueur d’onde qui se marie bien avec le silicium. Et il y a eu quelques démonstrations que les cellules tandem pérovskite / silicium fonctionnent, mais les efficacités n’ont pas été bien supérieures à ce que le silicium peut réaliser seul.