Chaque fois que je dis aux gens que je travaille avec des cellules solaires, on me pose les deux mêmes questions: vont-ils jamais être vraiment bon marché? Et pouvez-vous m'en procurer? Alors que la réponse à la deuxième question est non, la réponse à la première est beaucoup plus positive. D'année en année, les panneaux solaires ont plongé dans le prix et l'amélioration de l'efficacité avec laquelle ils peuvent convertir la lumière en énergie.
Dans le même temps, les coûts des combustibles fossiles continuent d'augmenter, et dans les prochaines années, nous atteindrons le point où les coûts se chevauchent - quelques chiffres suggèrent cela a peut-être déjà eu lieu. La question n'est pas de savoir si l'énergie solaire peut supplanter les combustibles fossiles comme moyen le moins coûteux de produire de l'énergie, mais plutôt quand.
Alors que cela a fourni un énorme coup de fouet à l'industrie solaire, l'excitation principale dans le secteur solaire aujourd'hui est due à un nouveau type de matériau appelé perovskite. Combinant certaines des meilleures qualités de matériaux plus courants, elle s'est révélée incroyablement flexible - au point que les chercheurs de l'Université de Sheffield ont fabriqué des cellules solaires à pérovskite sous forme de liquide pulvérisé. Alors qu'est-ce que la perovskite, et quel est le buzz autour?
Les cellules solaires, la composante des panneaux solaires qui réagissent à la lumière, sont construites à partir de ce qu'on appelle matériaux photovoltaïques. Lorsque la lumière frappe ces matériaux, les électrons sont libérés pour se déplacer dans le matériau. Avec une conception soignée de la structure de ces cellules solaires, ces électrons peuvent être collectés dans un flux de courant électrique. C'est le processus qui fournit la propriété quelque peu magique des panneaux solaires - la lumière du soleil et l'électricité.
À l'intérieur d'un panneau solaire
De manière générale, les cellules solaires peuvent être divisées en deux groupes distincts - ceux basés sur des matériaux photovoltaïques inorganiques, tels que le silicium ou tellurure de cadmium, et ceux basés sur des composés organiques spécifiques, tels que PCDTBT. Les deux ont leurs propres avantages et inconvénients respectifs.
Les matériaux inorganiques sont déjà bien implantés industriellement, capables de convertir la lumière en électricité avec une efficacité supérieure à 20% et de créer des panneaux solaires avec une durée de vie supérieure à 25. L'inconvénient est que les matières premières nécessaires, en particulier avec du silicium, peuvent être chères.
Les cellules solaires organiques sont basées sur des matériaux potentiellement bon marché et peuvent même être fabriquées à partir d'une solution liquide, ce qui les rend très rapides et bon marché à produire. Cependant, même à l'échelle du laboratoire, les cellules solaires organiques ont du mal à atteindre des rendements supérieurs à 10%. Plus important encore, les composés organiques se décomposent progressivement à la lumière, ce qui réduit souvent la durée de vie du panneau de l'ordre de quelques mois ou semaines plutôt que d'années. Par conséquent, ces matériaux organiques ont rarement été utilisés pour produire des panneaux solaires, car personne n'aime l'idée de devoir monter sur leur toit pour les remplacer tous les six mois. Idéalement, nous voulons une cellule solaire avec la performance et la stabilité à long terme des matériaux inorganiques avec le coût ultra-faible des matériaux organiques.
Entrez perovskite
Au cours des dernières années, la recherche sur l'énergie solaire a été le témoin de l'émergence d'une nouvelle classe de matériaux remarquables appelée pérovskites. C'est un matériau hybride organique-inorganique, essentiellement un composé organique avec un élément inorganique attaché. Perovskite se réfère au type spécifique de la structure cristalline, qui se produit naturellement dans certains minéraux. Ces composés hybrides ont cette structure cristalline mais sont également une combinaison complexe d'ammoniac organique et de groupes méthyle avec des molécules inorganiques d'iodure de plomb ou de chlorure de plomb attachées.
La raison de l'excitation entourant ces matériaux est le taux franchement stupéfiante à laquelle ils ont mis au point. Auparavant, chaque fois qu'un nouveau matériel a été découvert qu'il avait pris quelques 10-20 années de recherche pour atteindre un taux de même 10% d'efficacité. cellules solaires pérovskites ne sont apparus dans 2012, mais ont déjà cadencé jusqu'à conversions de plus que 19% efficacité. Ce taux de développement fulgurant est sans précédent dans la recherche sur l'énergie solaire.
En tant que matériau hybride, tout en bénéficiant d'une bonne efficacité comme avec les matériaux inorganiques, les pérovskites peuvent également tirer parti de la capacité des matériaux solaires organiques à être appliqués sous forme de solution liquide. C'est ce que le groupe du professeur David Lidzey de l'université de Sheffield a exploité, en pulvérisant la pérovskite comme revêtement liquide sur un matériau de substrat. Cela permet de fabriquer des cellules solaires à haut volume et à faible coût.
L'avenir des pérovskites
Est-ce que cela signifie que toutes les cellules solaires futures seront basées sur les pérovskites? Il est beaucoup trop tôt pour le dire. Bien qu'ils aient de nombreux avantages il y a encore un certain nombre de défis à surmonter.
Il y a quelques questions concernant l'impact environnemental potentiel de la teneur en plomb du matériau (bien que des travaux soient en cours pour éliminer les besoins en plomb) et avec quelle facilité la production peut être augmentée à une taille commerciale utile. Comme avec les cellules solaires organiques, leur stabilité à long terme est également très discutable et elles sont particulièrement sensibles à l'humidité - quelques gouttes d'eau peuvent détruire complètement le matériel.
Donc, la construction d'un module de panneaux solaires pérovskite capable de survivre pendant des décennies à l'extérieur est probablement encore loin - en fait, il n'y a aucune garantie que ce soit possible. Mais ce qui est certain, c'est que le potentiel des cellules solaires pérovskites est stupéfiant, et si la promesse du matériau peut être réalisée, elle pourrait complètement révolutionner les capacités de l'énergie solaire.
Jon Major est affilié au consortium national de recherche SUPERGEN 'supersolar'.
Cet article a été publié initialement le La Conversation.
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A propos de l'auteur
Jon Major est chargé de recherche à l'Université de Liverpool.His intérêts de recherche comprennent un film mince, le photovoltaïque, les semi-conducteurs et des conducteurs transparents
