Le prix de l’énergie solaire bientôt divisé par deux ?

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Combinée au silicium, la pérovskite permet d’augmenter de 50 % le rendement énergétique d'une cellule solaire.

Décidément, ce nouveau matériau « miracle » n’a pas fini de faire parler de lui ! Testée depuis 2009 pour produire de l’électricité solaire, la pérovskite offre déjà un rendement énergétique de 20 % en conditions de laboratoire — une efficacité proche de celle des panneaux en silicium classiques. Mais c’est combiné à ces derniers qu’elle pourrait bientôt débarquer sur le marché. 


 Combinée au silicium, la pérovskite permet d’augmenter de 50 % le rendement énergétique d'une cellule solaire. AFP

Les scientifiques s’attendaient en effet à ce que l’ajout de pérovskite sur des cellules en silicium augmente leur rendement énergétique de 50 %… et c’est exactement ce que viennent de prouver des chercheurs de l’université de Stanford (États-Unis) ! Des résultats très prometteurs pour l’industrie de l’énergie solaire.

Décrit en 1839, le premier spécimen de pérovskite a été déniché sous la forme d’un minéral, baptisé en hommage au minéralogiste russe Lev Alexeïevitch Perovski. Son nom désigne depuis toute une classe de matériaux qui présentent la même structure cristalline où les atomes sont organisés en octaèdre. Aujourd’hui, on en connaît plusieurs centaines. Parmi elles, des pérovskites dites hybrides car constituées d’une combinaison de composés organiques et minéraux. Grâce à l’ajout de pérovskite, le rendement d’une cellule en silicium a bondi de 11 à 17 %

C’est l’un de ces hybrides, un organohalogénure de plomb, qui focalise l’attention des chercheurs. Et pour cause : en seulement 5 ans, son rendement énergétique — le pourcentage de rayonnement solaire transformé en électricité — a été multiplié par 4 ! En comparaison, il aura fallu 40 ans de recherche sur le silicium avant qu’il atteigne son efficacité actuelle (26 % en conditions de laboratoire et en moyenne 15 % pour les panneaux vendus dans le commerce). Autre point fort de la pérovskite : sa fabrication est simple, demande peu d’énergie et met en œuvre des composés largement disponibles. Sa production pourrait donc être jusqu’à 5 fois moins coûteuse que celle du silicium.


 La structure cristalline ABX3 est la même pour toutes les pérovskites, où A est un cation organique ou inorganique (en bleu), B un cation métallique (en vert) et X un anion (rouge). Image : Medhi Benyezzar  / Sciences et Avenir.

Malgré ses atouts, ce nouveau matériau ne viendrait probablement pas remplacer les cellules actuelles, mais plutôt doper leur rendement. En effet, bon partenaire du silicium, la pérovskite absorbe le rayonnement solaire de manière complémentaire. Un premier pas dans ce sens vient d'être franchi par des chercheurs de l’université de Stanford. En ajoutant une couche de pérovskite sur un panneau en silicium, ils ont fait grimper son rendement de 11,4 à 17 %. Cependant, la manière dont la lumière interagit avec ces deux matériaux n'est pas encore bien comprise par les scientifiques. Ainsi, testé sur une cellule en silicium présentant initialement un rendement de 17 %, ce dispositif n’a pas permis de dépasser 17,9 %.

Plusieurs autres barrières restent encore à lever avant d’envisager la commercialisation de ces nouvelles cellules solaires. En premier lieu, l’instabilité des pérovskites, en particulier en présence d’humidité. Autre problème : leur composition à base de plomb, un métal toxique —  même si les quantités concernées devraient rester en-dessous des normes européennes actuelles. Des obstacles qui ne refroidissent cependant pas les chercheurs, qui prédisent qu'en tandem ces deux matériaux pourraient atteindre un rendement de 30 %. Ce qui, combiné au faible coût de production de la pérovskite, reviendrait pratiquement à diviser le coût de l'énergie solaire par deux !


Sciences et avenir 4/2/2015