Cellules solaires à pérovskite : l’avenir de l’énergie verte

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Le besoin urgent de solutions énergétiques durables et renouvelables n’a jamais été aussi évident ; les cellules solaires pérovskites apparaissent comme les étoiles brillantes à l’horizon. Elles sont apparues comme une technologie prometteuse en raison de leur potentiel de rendement élevé, de leurs faibles coûts de production et de leur polyvalence. Ces cellules solaires ont fait des progrès rapides, augmentant les taux d’efficacité d’environ 3 % en 2009 à plus de 25 % aujourd’hui. 

Ces remarquables panneaux solaires réécrivent les règles du jeu de l’énergie solaire, promettant un avenir où la production d’électricité propre et efficace ne sera plus un simple rêve, mais une réalité. Cette évolution rapide a fait des cellules solaires pérovskites la technologie solaire qui progresse le plus rapidement.

Les cellules solaires pérovskites se distinguent par leur capacité à absorber la lumière dans presque toutes les longueurs d’onde visibles, ce qui leur permet de convertir davantage de lumière solaire en électricité. Elles sont également flexibles, semi-transparentes, de forme adaptée et légères, ce qui les rend adaptées à diverses applications.

En outre, les cellules solaires pérovskites peuvent être combinées à d’autres matériaux photovoltaïques comme le silicium pour créer des dispositifs tandem qui atteignent des rendements encore plus élevés. Elles sont donc idéales pour être intégrées dans les matériaux de construction, les fenêtres et même les véhicules. Leur finesse et leur légèreté les rendent intéressantes pour les applications spatiales, avec des matériaux qui permettent une fabrication à faible coût et évolutive.

L’émergence des panneaux solaires en pérovskite

panneaux solaire

Les panneaux solaires en pérovskite changent la donne, principalement en raison de leur remarquable efficacité à convertir la lumière du soleil en électricité. Contrairement aux panneaux solaires traditionnels à base de silicium, dont l’efficacité s’est progressivement améliorée au fil des ans, les cellules solaires en pérovskite ont fait un bond en avant. 

Elles ont atteint des rendements supérieurs à 25 %, approchant ainsi la limite théorique des cellules solaires à simple jonction. Cela signifie qu’elles peuvent produire plus d’électricité à partir de la même quantité de lumière solaire, ce qui les rend incroyablement attrayantes pour une utilisation résidentielle et commerciale.

La polyvalence de la conception des panneaux solaires pérovskites offre une flexibilité inégalée. Ils peuvent être incorporés dans diverses applications, y compris des panneaux flexibles et semi-transparents. Cette polyvalence ouvre la voie à des utilisations innovantes, telles que les fenêtres intégrées à l’énergie solaire, les panneaux photovoltaïques intégrés aux bâtiments et les vêtements solaires.

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La pérovskite et sa famille de composés

La pérovskite est une famille de composés dont la structure cristalline est similaire à celle du minéral pérovskite. Ces composés, généralement fabriqués à partir de plomb et d’halogénures, présentent des propriétés exceptionnelles pour la conversion de l’énergie solaire.

La structure cristalline des matériaux pérovskites leur permet d’absorber efficacement un large spectre de lumière solaire. Cette caractéristique est essentielle pour maximiser la conversion de l’énergie et augmenter l’efficacité des panneaux. En outre, leur bande interdite accordable permet aux chercheurs d’affiner leurs propriétés optiques et électroniques, ce qui les rend très adaptables à différentes conditions environnementales.

Certains matériaux pérovskites se sont révélés sensibles à l’humidité et à la température. Des approches innovantes, telles que l’encapsulation et les matériaux alternatifs, sont à l’étude pour surmonter ces difficultés et garantir la fiabilité à long terme des panneaux solaires en pérovskite.

Comparaison entre les panneaux solaires en pérovskite et les panneaux solaires traditionnels à base de silicium

Pour apprécier à sa juste valeur l’importance des panneaux solaires en pérovskite, il est essentiel de comprendre comment ils se comparent à leurs homologues conventionnels à base de silicium.

Bien que les panneaux solaires à base de silicium aient dominé l’industrie photovoltaïque pendant des années, ils présentent certaines limites. Le silicium exige une grande pureté et l’absence de défauts structurels, ce qui augmente les coûts de production. La limite supérieure de l’efficacité du silicium se situe autour de 29 %. 

En revanche, les cellules solaires pérovskites présentent plusieurs avantages par rapport aux panneaux solaires à base de silicium :

  • Absorption de la lumière : La pérovskite absorbe beaucoup mieux la lumière dans presque toutes les longueurs d’onde visibles, ce qui lui permet de convertir davantage de lumière solaire en électricité.
  • L’accordabilité : Les matériaux pérovskites peuvent être « réglés » pour utiliser des régions du spectre solaire largement inaccessibles aux systèmes photovoltaïques au silicium.
  • Flexibilité et légèreté : Les cellules solaires pérovskites peuvent être rapidement déposées sur diverses surfaces, y compris des surfaces souples et texturées, ce qui les rend idéales pour être intégrées dans des matériaux de construction, des fenêtres et même des véhicules. Leur finesse et leur légèreté les rendent également intéressantes pour les applications spatiales.
  • Fabrication peu coûteuse et évolutive : La mise en solution des matériaux pérovskites permet une fabrication peu coûteuse et évolutive.
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Applications des cellules solaires pérovskites

Les cellules solaires pérovskites, avec leur efficacité et leur polyvalence remarquables, ne sont pas une innovation de plus dans le domaine des énergies renouvelables. L’intégration de ces cellules dans diverses infrastructures et applications permet de créer un système énergétique plus durable et plus efficace.

Voici quelques exemples d’utilisation des vitres pour intégrer les cellules solaires pérovskites dans différentes infrastructures :

Photovoltaïque intégré aux bâtiments

L’une des applications les plus intéressantes des cellules solaires pérovskites est leur intégration dans l’infrastructure urbaine, connue sous le nom de photovoltaïque intégrée au bâtiment (BIPV). Le BIPV permet aux panneaux solaires d’être incorporés de manière transparente dans la conception des bâtiments, les transformant en structures productrices d’énergie. Contrairement aux panneaux solaires traditionnels encombrants, les cellules solaires pérovskites peuvent être flexibles et transparentes, ce qui offre aux architectes et aux concepteurs une liberté de création inégalée.

Intégration avec des batteries et des supercondensateurs pour les systèmes de stockage d’énergie

Les cellules solaires pérovskites peuvent être intégrées à des dispositifs de stockage d’énergie tels que des batteries et des supercondensateurs pour créer des blocs d’alimentation auto-rechargeables. Cette combinaison permet de convertir et de stocker efficacement l’énergie solaire, fournissant ainsi une source d’énergie durable et fiable. Ces systèmes intégrés ont des applications potentielles dans l’électronique portable, la télédétection et d’autres domaines où l’autonomie énergétique est cruciale.

Catalyse pilotée par le photovoltaïque

Les cellules solaires pérovskites peuvent également être utilisées dans la catalyse photovoltaïque, en exploitant l’énergie solaire pour stimuler les réactions chimiques. Les propriétés uniques des pérovskites, telles qu’une forte absorption de la lumière et des bandes interdites accordables, les rendent adaptées aux applications photocatalytiques. La catalyse photovoltaïque a des applications potentielles dans la production de carburant à partir de l’énergie solaire, la réduction du CO2 et d’autres processus énergétiques durables.

Défis et innovations des panneaux solaires en pérovskite

Les cellules solaires à pérovskite ont montré un grand potentiel en termes d’efficacité et de faible coût de production. Cependant, leur stabilité reste un défi important, car elles sont intrinsèquement vulnérables à l’humidité, aux températures élevées, à la lumière UV et à d’autres facteurs environnementaux. 

La stabilité a été une préoccupation récurrente dans l’évolution des panneaux solaires en pérovskite. Ces problèmes de stabilité ont des conséquences importantes sur les rendements énergétiques réels et entravent la commercialisation des cellules solaires à pérovskite. En outre, les panneaux se sont révélés sensibles à l’humidité, à la chaleur et aux rayons UV, ce qui peut dégrader leurs performances au fil du temps.

Cependant, des approches innovantes sont explorées pour améliorer la stabilité des panneaux solaires en pérovskite. Les techniques d’encapsulation, qui protègent les couches de pérovskite des facteurs environnementaux, sont prometteuses. Les chercheurs expérimentent également des matériaux alternatifs et des additifs pour améliorer la résistance à la dégradation. En outre, l’accent est mis sur l’optimisation des interfaces entre l’absorbeur pérovskite et les couches de transport de charge afin de minimiser les pertes et d’améliorer l’extraction d’énergie, en augmentant l’efficacité du dispositif et la stabilité opérationnelle. 

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En outre, des entreprises comme Oxford PV prévoient le lancement commercial de leur cellule tandem pérovskite-sur-silicium, prédisant un rendement de conversion de 27 % et une augmentation de la capacité solaire dans les années à venir. Ces dernières années, les investissements dans la R&D sur les pérovskites ont été massifs, beaucoup pensant que ces matériaux changeront la donne sur le marché de l’énergie solaire. 

La multiplication des collaborations entre les institutions universitaires, les organismes de recherche et les acteurs de l’industrie stimule les efforts d’innovation et de commercialisation. Par exemple, Saule Technologies, basée en Pologne, a mis au point une technologie permettant de produire des panneaux photovoltaïques en pérovskite à l’aide de l’impression à jet d’encre. Toutefois, l’un des principaux objectifs est d’aider les entreprises du secteur photovoltaïque pérovskite à surmonter les principaux obstacles technologiques.

Technologie durable des cellules solaires en pérovskite

L’adoption de panneaux solaires en pérovskite est cruciale pour un avenir plus durable et plus vert. Le coût des panneaux solaires devenant plus efficace et plus rentable, ils peuvent jouer un rôle plus important pour répondre à la demande mondiale d’énergie et réduire les émissions de gaz à effet de serre. Ces panneaux offrent une plus grande efficacité, des coûts de production plus faibles et une solution d’application polyvalente.

Les panneaux solaires pérovskites représentent un investissement dans un air plus pur, des émissions de carbone réduites et une infrastructure énergétique plus résistante. Ils s’inscrivent dans le cadre des efforts mondiaux de lutte contre le changement climatique et de transition vers les sources d’énergie renouvelables. C’est un choix qui est bénéfique pour nous et pour la planète qui nous abrite.

En outre, les cellules solaires pérovskites peuvent être associées à des systèmes de stockage de l’énergie, tels que les batteries et les supercondensateurs. Cette synergie permet de stocker l’énergie excédentaire produite pendant la journée et de l’utiliser pendant la nuit ou les périodes nuageuses, garantissant ainsi une alimentation électrique continue et fiable. Il s’agit d’une étape vers la création d’un réseau énergétique résilient et durable.

Quand les panneaux solaires en pérovskite seront-ils disponibles ?

Le processus de démocratisation des panneaux solaires en pérovskite est déjà en cours, puisque plusieurs entreprises travaillent à l’augmentation de la production et au lancement de ces panneaux sur le marché. Bien que les panneaux solaires en pérovskite soient disponibles aujourd’hui, leur adoption à grande échelle et leur intégration dans nos villes et nos maisons pourraient prendre encore quelques années. 

Toutefois, les progrès réalisés ces dernières années sont prometteurs et la dynamique est en marche. Si le chemin à parcourir est semé d’embûches, la promesse d’un avenir plus radieux et plus durable, alimenté par des panneaux solaires en pérovskite, vaut tous les efforts et tous les investissements.

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JDN
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