L’ère de l’énergie solaire bon marché se rapproche à grands pas ! Des scientifiques australiens ont pour la première fois produit une nouvelle génération de cellules solaires expérimentales qui répondent aux normes strictes de la Commission électrotechnique internationale en matière de chaleur et d’humidité. Plus de détails dans la suite de cet article.
Les cristaux de pérovskite pourraient servir de base à une énergie renouvelable bon marché
Les résultats de la recherche, une étape importante vers la viabilité commerciale des cellules solaires pérovskites, viennent d’être publiés dans la revue Science. Les systèmes d’énergie solaire sont désormais largement répandus dans l’industrie et les habitations. La plupart des systèmes actuels reposent sur le silicium pour convertir la lumière du soleil en énergie consommable.
Cependant, le taux de conversion énergétique du silicium dans les panneaux solaires est proche de ses limites naturelles. Les scientifiques ont donc exploré de nouveaux matériaux qui peuvent être empilés sur le silicium afin d’améliorer les taux de conversion énergétique. L’un des matériaux les plus prometteurs à ce jour est une pérovskite d’halogénure métallique, qui pourrait même surpasser le silicium.
« Les pérovskites sont une perspective vraiment prometteuse pour les systèmes d’énergie solaire », a déclaré le professeur Anita Ho-Baillie, titulaire de la première chaire John Hooke de nanosciences à l’université de Sydney. « Ils sont très peu coûteux, 500 fois plus fins que le silicium et sont donc flexibles et ultra légers. Ils ont également d’énormes propriétés énergétiques et des taux de conversion solaire élevés ».
Améliorer la stabilité thermique des cellules pérovskites
Les 10 dernières années ont vu les performances des cellules pérovskites s’améliorer sous forme expérimentale, passant de faibles niveaux à la capacité de convertir plus de 25% de l’énergie du soleil en électricité, ce qui est comparable aux taux de conversion atteints par les cellules au silicium au bout de 40 ans d’expérimentation. Cependant, les cellules pérovskites non protégées n’ont pas la durabilité des cellules à base de silicium, elles ne sont donc pas encore commercialement viables.
« Les cellules pérovskites devront s’aligner sur les normes commerciales actuelles. C’est ce qui est si passionnant dans notre recherche. Nous avons montré que nous pouvons améliorer considérablement leur stabilité thermique », a déclaré le professeur Ho-Baillie. Pour ce faire, les scientifiques ont supprimé la décomposition des cellules de la pérovskite en utilisant une simple couverture de verre polymère peu coûteuse.
Une solution à faible coût
Pour la première fois, l’équipe de recherche a utilisé la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (GC-MS) pour identifier les produits volatils caractéristiques et les voies de décomposition des pérovskites hybrides sous contrainte thermique couramment utilisées dans les cellules à haute performance. Grâce à cette méthode, ils ont découvert qu’une pile polymère-verre à faible coût, avec un joint étanche à la pression, était efficace pour supprimer le dégazage de la pérovskite, le processus qui conduit à sa décomposition.
Lorsqu’elles ont été soumises à des normes internationales de test strictes, les cellules sur lesquelles l’équipe travaillait ont dépassé les attentes. « Un autre résultat surprenant de nos recherches est que nous sommes capables de stabiliser les cellules de pérovskite dans les conditions sévères des tests environnementaux standard de la Commission électrotechnique internationale. Non seulement les cellules ont réussi les tests de cycle thermique, mais elles ont également dépassé les exigences des tests de résistance à la chaleur, à l’humidité et au gel », a déclaré le professeur Ho-Baillie.
Ces tests permettent de déterminer si les modules de cellules solaires peuvent résister aux effets des conditions de fonctionnement extérieures en les exposant à des cycles thermiques répétés entre -40 degrés et 85 degrés, ainsi qu’à une humidité relative de 85 %.