Le silicium texturé pourrait être le meilleur allié des pérovskites
L’industrie photovoltaïque (PV) a considérablement évolué depuis la création de la première cellule solaire au silicium fonctionnelle dans les années 1950. En 2018, la capacité photovoltaïque installée dans le monde était plus importante en termes de quantité que n’importe quelle autre technologie de production d’électricité, même par rapport à l’ensemble des combustibles fossiles et du nucléaire réunis, et il en allait de même avec n’importe quelle autre énergie renouvelable combinée(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Malgré des avancés significatives, la part de l‘énergie solaire dans la production de l‘énergie internationale était encore de 2 % seulement en 2018(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Pour pénétrer le marché, des hausses significatives du rendement énergétique de conversion sont nécessaires pour réduire de manière proportionnelle les coûts en aval. Les pérovskites font partie des matériaux les plus prometteurs et l‘attention qui leur est portée est en hausse. Avec le soutien du programme Marie Skłodowska‑Curie, le projet POSITS a appliqué des techniques de caractérisation et de traitement de pointe pour améliorer la technologie pour les exploiter.
Le potentiel indispensable des pérovskites
Alors que la technologie photovoltaïque de silicium compte 65 ans se service, les pérovskites ne sont à l’honneur que depuis une dizaine d’années(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Néanmoins, selon le Dr Terry Chien‑Jen Yang, partenaire du projet, «les cellules solaires à pérovskites ont fait une percée sans précédent en termes de rendement énergétique de conversion de 3,8 % en 2009(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à 25,2 % certifiés en 2019»(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). L’efficacité de ces cellules peut être améliorée en associant des matériaux avec différentes bandes interdites(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) pour pouvoir mieux utiliser le spectre solaire. Par exemple, les cellules solaires tandem associant le silicium avec une bande interdite de 1,12 eV et les pérovskites dans une gamme de bande interdite comprise entre 1,65 et 1,7 eV ont le potentiel d’atteindre des efficacités supérieures à des valeurs de 30 % au‑delà de la portée du silicium seul.
Entretenir une technologie naissante et relever des défis
La méthode la plus efficace pour affiner la bande interdite de pérovskites s’effectue par le biais d’une substitution de l’halogénure. Cependant, cela peut entrainer des instabilités(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Comme l’explique le Dr Yang, «l’un des principaux problèmes est la ségrégation de la phase photoinduite, un phénomène à l’origine de la séparation du matériau pérovskite dans des terres riches en iode et en brome. Cela abaisse la tension et l’efficacité des cellules pérovskites de la bande interdite élevée». POSITS prévoit de caractériser cette ségrégation et de déterminer des moyens pour l’améliorer. Des chercheurs ont analysé un certain nombre de matériaux pérovskites(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) comme candidats pour améliorer la stabilité et réduire la ségrégation de la phase. À l’aide de méthodes optiques et structurelles, l’équipe a caractérisé les indices de réfraction complexes des pérovskites des bandes interdites élevées(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Une recherche approfondie a également enquêté sur la cinétique de la ségrégation de la phase, en identifiant les mécanismes de contrôle du taux, ainsi que l’impact de ce processus sur le rendement de la luminescence. Peut‑être plus important encore, POSITS a apporté son aide dans le développement d’une technique à deux étapes de dépôt hybride pour générer des cellules fonctionnelles sur les cellules inférieures du silicium texturé, plutôt que sur les cellules plates. Cela a démontré l’importance de la texture dans la création de courants de court‑circuit plus élevés en comparaison avec les conceptions tandem pérovskite sur les cellules plates du silicium. Les résultats les plus récents de POSITS seront soumis pour publication. Comme le résume le Dr Yang, «l’utilisation des cellules inférieures texturées du silicium plutôt que de ses cellules plates pourrait représenter l’avenir de la technologie des cellules solaires tandem en pérovskite et silicium. Une étape nous sépare encore de notre objectif d’efficacité de 30 %, mais nous avons fortement renforcé notre connaissance des matériaux et des dispositifs nécessaires pour l’atteindre». Tandis que des améliorations de la performance et de la stabilité sur le long terme sont encore nécessaires, les pérovskites sont en passe de jouer un rôle essentiel sur l’avenir des cellules solaires et potentiellement d’autres dispositifs optoélectroniques que nous utilisons de nos jours.
Mots‑clés
POSITS, solaire, pérovskite, cellule solaire, silicium, efficacité, tandem, photovoltaïque (PV), bande interdite
