Le soleil, notre principale source d’énergie, baigne notre planète bleue dans plus d’énergie solaire que nous ne pouvons exploiter. Chaque heure, le soleil nous envoie 430 quintillions de joules d’énergie, soit plus que les 410 quintillions de joules que les humains consomment en une année entière. Comme le soleil sera probablement encore présent pendant environ cinq milliards d’années, nous disposons d’une source d’énergie pratiquement illimitée, si seulement nous pouvions l’exploiter efficacement.
Malheureusement, nous ne sommes actuellement en mesure d’exploiter qu’une quantité minuscule de cette énergie en raison de limitations techniques. Mais cela pourrait bien changer, grâce aux progrès réalisés dans la pérovskite. Aux Etats-Unis, le laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du ministère américain de l’énergie (DOE) a créé un consortium public-privé appelé « US-MAP for US Manufacturing of Advanced Perovskites Consortium », qui vise à accélérer le développement de cellules solaires à faible coût en pérovskite pour le marché mondial.
Panneaux de silicium
Selon l’AIE, l’énergie solaire n’a fourni que 592 GW, soit à peine 2,2 % des 26 571 GW d’électricité consommés dans le monde en 2018. Cela après une croissance impressionnante de 20 % des installations photovoltaïques mondiales, soit près de 100 GW.
Il faut savoir que plus de 90 % des panneaux photovoltaïques installés ont été construits en silicium cristallisé. Les panneaux en silicium ont leurs avantages : Ils sont assez robustes et relativement faciles à installer. Grâce aux progrès des méthodes de fabrication, ils sont devenus assez bon marché au cours de la dernière décennie, en particulier les panneaux polycristallins construits dans les usines chinoises.
Cependant, ils présentent un inconvénient majeur : Les panneaux photovoltaïques au silicium sont assez inefficaces, les modèles les plus abordables n’affichant qu’un rendement énergétique de 7 à 16 % selon des facteurs tels que l’emplacement, l’orientation et les conditions météorologiques. Les panneaux en silicium sont à base de plaquettes plutôt qu’à couche mince, ce qui les rend plus robustes et plus durables, mais pas plus efficaces.
Une révolution nommée pérovskite
Les pérovskites sont une famille de cristaux nommés d’après le géologue russe Leo Perovski. Ils partagent un ensemble de caractéristiques qui en font des éléments de base potentiels pour les cellules solaires : une supraconductivité élevée, une magnétorésistance et une ferroélectricité. Les panneaux photovoltaïques à couche mince en pérovskite peuvent absorber la lumière d’une plus grande variété de longueurs d’onde, produisant plus d’électricité à partir de la même intensité solaire.
En 2012, les scientifiques ont finalement réussi à fabriquer des cellules solaires à couche mince en pérovskite, qui ont atteint un rendement de plus de 10 %. Mais depuis lors, les rendements des nouvelles conceptions de cellules pérovskites ont explosé : les modèles récents peuvent atteindre 20 %, le tout à partir d’une cellule à couche mince qui est (en théorie) beaucoup plus facile et moins chère à fabriquer qu’un panneau de silicium à couche épaisse.
À l’université d’Oxford, les chercheurs ont atteint une efficacité de 25 %, une équipe de recherche allemande a atteint 21,6 %, tandis qu’un nouveau record a été établi en décembre 2018, lorsqu’un laboratoire d’Oxford a atteint une efficacité de 28 %.
Le Laboratoire national américain des énergies renouvelables (NREL) a pu construire une cellule composite silicium-pérovskite en plaçant des pérovskites sur une cellule solaire en silicium pour créer une cellule solaire à jonctions multiples, la nouvelle cellule affichant un rendement de 27 % contre seulement 21 % lorsque seul du silicium est utilisé.
Mais ce qui est peut-être plus significatif, c’est que l’organisation a pu augmenter la longévité des cellules solaires pérovskite en modifiant leur composition chimique pour surmonter la ségrégation de phase induite par la lumière, un processus par lequel les alliages qui composent les cellules solaires se décomposent lorsqu’ils sont exposés à une lumière continue.