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La pérovskite, espoir du photovoltaïque
Structure atomique de la pérovskite à base de plomb - © ©

La pérovskite, espoir du photovoltaïque

Dora Courbon |  le 04/02/2015  |  Energies renouvelablesInternationalEnergieTechnique

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Alors que le silicium semble avoir atteint ses limites, le minéral pourrait propulser le rendement des systèmes photovoltaïques jusqu'à 30%. Un bond en avant dans le domaine.

Sur le marché du photovoltaïque, les panneaux solaires les plus performants atteignent aujourd’hui péniblement 20,5 % de rendement. « Au cours de ces vingt dernières années, les progrès réalisés avec le silicium ont été tellement infimes que tout porte à croire qu’un seuil a été atteint », commente Christian Malye, responsable technique de Générale du solaire.

Condamné, le photovoltaïque ? Ce serait sans compter la pérovskite ! Ce semi-conducteur, nommé d’après le minéralogiste russe Lev Perosvki, a fait une entrée fracassante dans le monde de la recherche. Car depuis 2009, date à laquelle la pérovskite a été pour la première fois intégrée à une cellule solaire par des Japonais de l’université de Tokyo, le rendement des systèmes est passé de 4 à 19%. Que ce soit en Europe, et plus particulièrement à l’École polytechnique fédérale de Lausanne, aux États-Unis ou au Japon, les avancées dans les laboratoires sont des plus prometteuses.

Cellules de pérovskite réalisées au laboratoire de photonique et interfaces de l’École polytechnique fédérale de Lausanne.
PHOTO - 817656.BR.jpg - © © Doc. LPI/EPFL

La pérovskite désigne au départ le titane de calcium (CaTiO3) et, par extension, tous les minéraux qui possèdent une structure cristalline analogue. Le composé mis en œuvre dans les cellules photovoltaïques est un minéral organo­métallique à base d’iodure de plomb, au sein duquel la conductivité et la mobilité électriques sont excellentes : soit deux qualités primordiales pour transformer l’énergie solaire en électricité. Qui plus est, sa production est simple – à température ambiante, quand celle du silicium nécessite 3 000°C – et relativement peu coûteuse – jusqu’à 5 fois moins que celle du silicium. « Le jour où les modules en pérovskite arriveront sur le marché, le coût de construction d’une centrale sera abaissé d’environ 35 %, ce qui devrait être suffisant pour atteindre la parité réseau », prédit Christian Malye, qui ne cache pas son impatience.

Coupe de la cellule. La couche photoactive est celle où s’entremêlent pérovskite et TiO2.
PHOTO - 817657.BR.jpg - © © Docs. M.Grätzel / Nature

Mais avant que ces modules nouvelle génération n’inondent le marché, certains problèmes doivent encore être résolus. La pérovskite, tout d’abord, reste peu stable et se dégrade au contact de l’humidité. Il faut donc trouver un moyen de la protéger pour garantir sa durabilité sur plusieurs décennies. Ensuite, le procédé, tel que conçu aujourd’hui, comporte du plomb. C’est sur ce métal, toxique et polluant, que repose en partie le très bon rendement observé. Bien que les quantités introduites soient faibles, il sera sûrement nécessaire de le remplacer, au vu de la réglementation, très stricte sur ce point.

Combinaison intéressante

Avant qu’une meilleure formulation ne soit trouvée, il faudra encore attendre cinq à dix ans estime-t-on parmi les chercheurs. Le silicium a donc encore quelques beaux jours devant lui. Et il y a fort à parier qu’il ne sera pas complètement détrôné. Car pérovskite et silicium pourraient bien s’entendre. En effet, ne possédant pas le même spectre d’absorption de la lumière du soleil, leur combinaison s’avérerait intéressante dans le sens où elle augmenterait la plage de fonctionnement du système. Ensemble, ils propulseraient à moindre coût le rendement des modules à plus de 30%, ce qui, dans le domaine du photovoltaïque, peut être considéré comme un grand bond en avant.

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