Les panneaux solaires en pérovskite : la prochaine révolution énergétique ?
Dans le contexte actuel d'urgence climatique et face aux défis de la sécurité énergétique, l'énergie solaire apparaît comme la plus prometteuse de toutes les sources d’énergies renouvelables. Cependant, malgré les innovations technologiques qui ont contribué à réduire les coûts et les contraintes techniques (lourdeur) liés à son exploitation au moyen des panneaux solaires, son intégration dans le mix énergétique n’est toujours pas accessible à tous.
Heureusement, la découverte de la pérovskite et son potentiel d'utilisation dans les cellules photovoltaïques pourraient bien changer la donne et marquer un tournant décisif. Les nouveaux modèles de panneaux solaires à base de pérovskite se profilent comme la clé pour réaliser les objectifs ambitieux en matière d'énergie propre.
Mais qu'est-ce que la pérovskite et pourquoi représente-t-elle une révolution dans le domaine de l'énergie solaire ? C’est ce que nous allons voir dans ce guide.
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Qu’est-ce que la pérovskite ?
La pérovskite est un cristal de titane et de calcium. C'est un minéral extrêmement répandu sur Terre, représentant l'un des composants les plus abondants du manteau terrestre. Il est apprécié pour ses excellentes propriétés d'absorption de la lumière.
Découvert dans les années 1930, il n'a suscité l'intérêt du domaine photovoltaïque que vers 2009-2010 qui y a vu une opportunité d'exploiter ses potentialités pour l'énergie solaire.
Pourquoi la pérovskite est-elle prometteuse pour l’avenir énergétique ?
La pérovskite présente plusieurs avantages majeurs par rapport aux technologies solaires traditionnelles basées sur le silicium :
Rendement supérieur : elle affiche un rendement de conversion énergétique de l'ordre de 25 à 30 % contre 15 à 20 % pour le silicium. Elle peut donc produire plus d'électricité à partir de la même quantité de lumière incidente.
Meilleure conduction électrique : elle offre une meilleure conductivité électronique (électrons) que le silicium, ce qui se traduit par une perte d'énergie moindre et une production d'électricité plus efficace.
Résistance accrue : le silicium nécessite des conditions de température et de pression très précises pour ne pas altérer ses propriétés de conduction. La pérovskite, en revanche, est plus robuste. Elle n'exige pas un tel niveau de perfectionnement pour être efficace. La production des cellules photovoltaïques à pérovskite est donc moins onéreuse (et moins chronophage) que celle des cellules photovoltaïques en silicium.
Facilité d’extraction : contrairement au silicium dont l'extraction est à la fois énergivore et complexe, la pérovskite est facile à trouver, à extraire et à traiter, ce qui réduit considérablement son coût d’extraction.
Le saviez-vous ? On estime que la pérovskite coûte environ 7 fois moins cher que le silicium pour un rendement équivalent, voire supérieur.
Pour toutes ces raisons, la pérovskite pourrait bien être l’avenir du photovoltaïque.
Les panneaux solaires en pérovskite : comment fonctionnent-ils ?
Que sont les panneaux solaires en pérovskite ?
Les panneaux solaires en pérovskite, une avancée dans la technologie de l’énergie solaire, sont similaires aux panneaux photovoltaïques traditionnels, ils utilisent juste de la pérovskite à la place du silicium. Plus concrètement, on injecte une encre de pérovskite contenant des solvants et des matériaux précurseurs dans les cellules photovoltaïques. Une fois cette encre déposée sur un substrat, elle s’évapore et laisse place à des cristaux de pérovskite (en substitution des cristaux de silicium dans les panneaux classiques).
Quel est leur principe de fonctionnement ?
Les panneaux solaires en pérovskite fonctionnent exactement de la même manière que les panneaux photovoltaïques traditionnels. Ils captent les photons, c’est-à-dire les particules de lumière, et les transforment en énergie grâce à un matériau semi-conducteur (ici, la pérovskite) qui permet le passage des électrons. Un courant électrique continu est ainsi généré puis transformé en courant électrique alternatif compatible avec le réseau électrique par le biais d’un onduleur solaire.
L'électricité verte produite peut être consommée directement (pour alimenter les appareils électriques du foyer tels que le chauffage, l’éclairage…), stockée dans une batterie solaire (à lire aussi : combien coûte une batterie solaire ?) pour une utilisation ultérieure ou injectée dans le réseau électrique tout comme avec les technologies photovoltaïques traditionnelles.
Quels sont les avantages des panneaux solaires en pérovskite ?
Les panneaux solaires en pérovskite présentent de nombreux avantages qui peuvent être catégorisés comme suit :
L’avantage majeur des panneaux solaires en pérovskite par rapport aux options traditionnelles réside dans la réduction significative des coûts de production des cellules solaires et, à terme, des prix de vente. Cela va rendre l'énergie solaire plus accessible, davantage de personnes pourront en tirer parti, et va aider à diminuer la pauvreté énergétique.
Les panneaux solaires en pérovskite offrent une meilleure autonomie grâce à leur rendement supérieur (matériau semi-conducteur plus performant), ce qui se traduit par des économies accrues pour les utilisateurs et une meilleure potentialité de stabilisation du réseau électrique public.
Par ailleurs, les propriétés de la pérovskite (flexibilité, transparence et légèreté) ouvrent la voie à de nouvelles applications pour le photovoltaïque telles que la production d'électricité via le vitrage de fenêtres, de vérandas, ou même de véhicules. Si le sujet vous intéresse, lisez aussi : les panneaux solaires en couches minces – quelle technologie utilisée ?
L'utilisation de l'énergie solaire en général joue un rôle crucial dans la transition énergétique vers un avenir plus durable et moins dépendant des combustibles fossiles. Elle offre également des avantages économiques en créant des emplois dans le secteur des énergies renouvelables et en réduisant les coûts énergétiques nationaux.
Les défis encore à relever
Bien que les panneaux solaires en pérovskite offrent des perspectives prometteuses, plusieurs défis majeurs restent à surmonter pour réaliser pleinement leur potentiel :
Stabilité et durabilité à long terme : la formule de l'encre injectée dans les cellules n'est pas encore définie avec précision et nécessite un affinage pour garantir une performance durable. Les cellules en pérovskite sont également sensibles à l’humidité, à la chaleur, à l’oxygène et aux rayons ultraviolets, ce qui peut altérer leur performance et leur durée de vie.
Toxicité des matériaux utilisés et barrières réglementaires : les cellules photovoltaïques en pérovskite renfermant du plomb, un matériau reconnu pour ses effets nocifs sur la santé et l'environnement. Le risque de fuite de plomb pose des problèmes sérieux, créant des obstacles réglementaires et entravant l'acceptation du marché.
Quelles sont les perspectives d’avenir des panneaux solaires en pérovskite ?
Malgré ces défis, les chercheurs ne cessent d’investir dans la recherche de solutions viables pour la technologie photovoltaïque en pérovskite, car ils voient les avantages et la capacité de ce matériau à répondre aux défis énergétiques et climatiques actuels.
Leurs efforts ne sont pas vains, ci-dessous quelques exemples de pistes prometteuses :
Les panneaux tandem : ce type de panneau utilise plusieurs matériaux semi-conducteurs, dont la pérovskite, pour capter un spectre plus large de lumière solaire. Cette approche combine la performance énergétique de la pérovskite avec la stabilité d’autres matériaux semi-conducteurs, promettant une solution plus efficace et durable pour l’énergie solaire. On estime que ces panneaux pourraient être commercialisés d'ici 2025 ou 2030, si les développements continuent sur leur lancée actuelle.
Solution à la toxicité du plomb : des solutions pour limiter la toxicité du plomb ont été explorées, mais aucune n'a encore été adoptée à grande échelle. Parmi ces approches, l'application d'un revêtement de sel de phosphate transparent sur les cellules se distingue. Ce revêtement, qui ne filtre pas la lumière solaire et n'entrave donc pas l'efficacité énergétique des cellules, joue un rôle crucial en cas de contamination par le plomb. En effet, si jamais ce dernier fuit, il va y avoir une réaction chimique avec le sel de phosphate qui le rendra insoluble dans l’eau et l’empêchera ainsi de contaminer le sol.
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