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Solution Processed Next Generation Photovoltaics

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Des innovations suggèrent un brillant avenir pour le photovoltaïque imprimé

De nouveaux matériaux et des innovations dans les procédés pourraient rendre le photovoltaïque imprimé plus fiable, plus durable et plus rentable. Cela pourrait à son tour accélérer la transition de l’Europe vers un système énergétique décarbonisé.

Changement climatique et Environnement
Énergie

Le photovoltaïque (PV) imprimé, qui peut être utilisé pour convertir la lumière du soleil en électricité, offre de nombreux avantages. Les panneaux sont plus légers que les panneaux classiques et potentiellement moins chers à produire en série. Ils ont par conséquent été reconnus comme une source d’énergie électrique renouvelable prometteuse pour l’avenir. «Le potentiel de réduction des coûts des modules PV imprimés pourrait être considérable», explique Stelios Choulis, chercheur principal du projet Sol-Pro, fondateur et responsable de l’unité de recherche en électronique moléculaire et photonique à l’Université de technologie de Chypre. «Une ligne de production d’impression rouleau à rouleau a le potentiel de produire la même surface en quelques dizaines d’heures qu’une usine de production de panneaux conventionnels en un an.» Les PV imprimés atteignent désormais les mêmes valeurs de rendement que les PV au silicium classiques. Un défi majeur consiste toutefois à garantir que les matériaux optoélectroniques organiques et hybrides en perovskite – matériaux utilisés dans la production de PV imprimés – soient stables à long terme sur le plan environnemental. Cela est primordial pour que les PV imprimés puissent participer à l’avenir durable de l’Europe. Les PV ont été considérés comme une technologie clé pour la décarbonisation du système énergétique européen. En réalité, l’UE doit faire passer sa capacité photovoltaïque de 117 GW à plus de 630 GW d’ici 2025 et à 1,94 TW d’ici 2050 afin de couvrir 100 % de ses besoins en électricité par des énergies renouvelables.

Optimiser les performances des cellules solaires

Le projet Sol-Pro, financé par le Conseil européen de la recherche, s’est attaché à relever certains de ces défis. Stelios Choulis et son équipe ont analysé les matériaux et les dispositifs PV imprimés, en vue d’optimiser leur compétitivité en termes de coûts et leur fiabilité tout au long de leur durée de vie. De nouveaux systèmes de matériaux ont été testés et éprouvés. Des matériaux optoélectroniques synthétiques et des méthodes de traitement innovants ont également été développés, dans le but de contrôler avec précision des éléments critiques, tels que la taille et la cristallinité des nanoparticules. Il a été démontré que ces améliorations amélioraient les performances et la fiabilité des dispositifs photovoltaïques. «Nous avons également pu démontrer qu’un grand nombre des aspects physiques et techniques qui régissent le comportement des PV imprimés se retrouvent aux interfaces des dispositifs PV», ajoute Stelios Choulis. «Cela nous a permis de développer des interfaces de haute qualité qui optimisent les performances des PV.» De nouvelles méthodes de traitement des couches intermédiaires de surface et d’ingénierie additive des couches actives ont également révélé qu’elles permettaient d’augmenter considérablement les performances de durée de vie, dans des conditions de chaleur et d’humidité accélérées.

Production d’énergie du futur

Stelios Choulis est convaincu que les progrès réalisés dans le cadre du projet Sol-Pro contribueront de manière positive au développement continu de l’impression de PV à faible coût et de grandes surfaces pour la production d’énergie. L’équipe a démontré avec succès que les performances thermiques des PV imprimés peuvent être améliorées grâce à l’incorporation de couches de blocage de la diffusion dans l’architecture des dispositifs PV. «Ces innovations peuvent maintenant être appliquées dans la pratique à la fabrication de PV imprimés rouleau à rouleau», dit-il. «Elles offrent des solutions techniques simples pour réduire l’écart d’efficacité, de stabilité et de fiabilité des PV traités en solution.» Le projet Sol-Pro a également identifié certaines limitations persistantes de la durée de vie. Stelios Choulis et son équipe de recherche sont actuellement partenaires au sein de RoLA-FLEX, un projet récemment lancé et financé par l’UE qui entend relever ce défi spécifique. Des électrodes peu coûteuses avec de nouvelles méthodes d’impression seront également étudiées dans le cadre de ce projet. Entre-temps, les développeurs de matériel électronique, les sociétés chimiques, les fabricants d’équipements d’impression et les producteurs de modules PV imprimés devraient tous bénéficier des recherches de Sol-Pro. Une grande partie des travaux a été publiée dans des communiqués scientifiques en libre accès et représente un excellent point de départ pour le développement futur de la prochaine génération de PV imprimés fiables et durables.

Mots‑clés

Sol-Pro, photovoltaïque, PV, lumière du soleil, électricité, électrique, renouvelable, énergie

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