Pérovskite, la pépite du solaire phovotolvaïque

La pérovskite est une matière minérale très répandue sur Terre, qui tire son nom du minéralogiste russe Lev Perovski. À l'aide de ses performances d'absorption de la lumière, la pérovskite est connue pour ses applications dans le domaine des cellules solaires photovoltaïques pour produire de l'électricité.

L'histoire de la cellule solaire pérovskite

Identifiées pour la première fois dans les années 1830, les pérovskites n'ont véritablement révolutionné le monde scientifique que 180 ans après leur découverte.

En 1991, l'EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) a introduit une cellule solaire qui utilise un pigment sensible à la lumière pour générer de l'électricité. En fait, des expériences préliminaires ont été réalisées sur ces cellules solaires et elles ont réussi à obtenir un rendement impressionnant de 7% ! Ce niveau de rendement a été atteint grâce à la séparation efficace des charges électriques, à leur mobilité élevée et à l'absorption optimale de la lumière solaire.

En 2009, le collectif japonais, dirigé par Tsutomu Miyasaka, substitue le colorant par de la pérovskite. Par la suite, une pérovskite, qui combine les molécules organiques de plomb et d'iode, est intégrée dans une cellule à colorant. Le rendement obtenu est plutôt faible, à seulement 4% ! Cela n'empêche cependant pas l'intérêt grandissant pour ce matériau.

En 2012, des chercheurs britanniques découvrent que la pérovskite n’est pas uniquement un colorant, elle constitue pour eux le cœur d'une cellule. Ils dévoilent leurs expériences, avec un rendement atteignant presque 11%. Initialement, les cellules ne fonctionnaient que quelques heures, mais gagnent en stabilité au fil du temps, avec des rendements qui atteignent un record de 22,7% (un record établi par le laboratoire américain des énergies renouvelables [NREL]), se rapprochant ainsi de celui du silicium.

Dans le contexte de la transition énergétique, qui est une priorité à l'heure actuelle, la recherche ne cesse de progresser, en particulier dans le domaine des panneaux solaires. L'objectif de découvrir un nouveau matériau qui pourrait révolutionner la production d'énergie solaire est une ambition que les scientifiques souhaitent réaliser. Peut-être l'ont-ils déjà accompli avec la découverte de la pérovskite.

La pérovskite, le cristal de l'environnement

Ce matériau est un cristal photosensible, capable de générer de l'électricité, dont l'incorporation dans les panneaux solaires photovoltaïques pourrait révolutionner la manière dont les énergies renouvelables sont produites. Il semblerait que la pérovskite ait également des applications potentielles dans la fabrication de diodes électroluminescentes (LED) et d'écrans plats. Cependant, une question demeure : est-ce que les pérovskites sont l'avenir de l'énergie photovoltaïque 

Certains chercheurs sont d'avis que c'est le cas, mais ils aspirent à ne pas se contenter d'une seule solution. Les pérovskites regorgent de promesses, mais elles ont également des limites, telles que leur faible résistance à l'eau, aux rayonnements ultraviolets et à certaines réactions électrochimiques dues à leur nature.

De plus, les effets de ces matériaux n'ont été démontrés que sur de très petites surfaces, et il faut noter un autre problème. Les formules de pérovskites contiennent du plomb, un matériau toxique. Bien qu'il puisse être remplacé par de l'étain, cette alternative s'est révélée jusqu'à présent infructueuse.

Il semble donc que l'engouement pour le silicium ne soit pas encore sur le point de s'éteindre, malgré la perspective de l'introduction prochaine de la pérovskite sur le marché !

Le fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques pérovskite

Le fonctionnement d'un panneau solaire à base de pérovskite est comparable à celui d'un panneau solaire en silicium : il capte la lumière du soleil et la convertit en courant continu grâce à son matériau semi-conducteur.

Ce courant continu est par la suite transformé en courant alternatif par un onduleur ou des micro-onduleurs, afin qu'il puisse être utilisé par tous les appareils électriques de la maison, tels que :

• Le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire ;
• L'éclairage ;
• L'électroménager ;
• Les appareils de loisir et bien d'autres…

La différence majeure se situe au niveau de leur rendement : en laboratoire, les panneaux en silicium présentent un rendement moyen de 20%, tandis que les panneaux à base de pérovskite pourraient atteindre un rendement dépassant les 25% et allant jusqu'à 30%. Il convient de préciser que le rendement est la quantité d'électricité générée par mètre carré de panneau phot

Les performances de la pérovskite

Les pérovskites possèdent des propriétés électriques qui pourraient leur permettre de conquérir le marché des LED, en remplaçant les semi-conducteurs actuellement utilisés dans l'éclairage électronique.

Des scientifiques d’un centre de recherche sur l’énergie et l’environnement situé à Princeton, dans le New Jersey, ont élaboré une méthode de production de films ultra-minces et stables à base de pérovskites, qui pourraient permettre la fabrication de LED hautement performantes. Il suffit de créer des cristaux minuscules de pérovskite (d'une taille allant de 5 à 10 nanomètres de diamètre, qui s'assemblent ensuite spontanément pour former des films.

Quant à une éventuelle mise sur le marché, la situation est encore incertaine. Les recherches réalisées sur les panneaux solaires ont montré que les pérovskites présentent une stabilité attrayante. Par ailleurs, il a une meilleure conductivité et est moins fragile que le silicium. 

Toutefois, leur utilisation pratique dans des secteurs tels que la construction ou l'industrie automobile reste difficile à imaginer. Il semble qu'elles pourraient plutôt trouver leur place dans le domaine des nouvelles technologies et de l'électronique, des domaines qui visent un large public.

La pérovskite connaît des moments de succès et de déception, mais elle renouvelle l'espoir pour l'avenir et une transition énergétique durable. Des recherches sont toujours en cours et ne sont pas près d'être achevées.