Des chercheurs de l'Université de Sydney ont établi un record d'efficacité pour une cellule solaire à triple jonction pérovskite-silicium de grande taille. Cette avancée lève des verrous majeurs sur la stabilité et la mise à l'échelle, ouvrant la voie à une énergie solaire plus performante et durable pour un avenir bas-carbone.
La course à l'énergie solaire plus performante est un enjeu stratégique mondial. Depuis des années, le silicium domine le marché des panneaux photovoltaïques, mais sa technologie atteint progressivement ses limites théoriques en matière de rendement.
C'est dans ce contexte que les matériaux de type pérovskite sont apparus comme une alternative très prometteuse, capables de capter une plus large partie du spectre solaire, mais leur fragilité et leur difficulté à être produits à grande échelle ont jusqu'ici constitué des freins majeurs à leur déploiement commercial.
Une efficacité record certifiée sur une grande surface
L'équipe menée par la professeure Anita Ho-Baillie de l'Université de Sydney a changé la donne. Ils ont développé une cellule solaire tandem à triple jonction, combinant pérovskite et silicium, qui a établi un nouveau record mondial d'efficacité de conversion de puissance.
Certifiée de manière indépendante, cette cellule de 16 cm² atteint un rendement de 23,3 %. C'est le plus haut niveau jamais enregistré pour un dispositif de cette taille et de cette nature.
À plus petite échelle, sur une cellule de 1 cm², le rendement grimpe même à 27,06 %. Ces chiffres démontrent le potentiel immense de cette technologie pour dépasser les performances du silicium seul.
La durabilité, le véritable nerf de la guerre
Mais la performance ne fait pas tout. Le véritable défi des pérovskites a toujours été leur dégradation rapide face aux variations de température ou à l'humidité. Sur ce point, l'avancée est tout aussi significative.
Maintien des performances dans le temps et sous contraintes thermiques
Pour la première fois au monde, une cellule de 1 cm² a passé avec succès le test de cyclage thermique de la Commission Électrotechnique Internationale (IEC). Ce protocole très exigeant soumet le composant à 200 cycles de températures extrêmes, oscillant entre -40°C et +85°C.
Plus impressionnant encore, le dispositif a conservé 95 % de son efficacité initiale après plus de 400 heures de fonctionnement continu sous un éclairage constant. Cette résilience est une étape cruciale pour envisager une commercialisation à grande échelle et garantir la longévité des futures installations.
Comment une telle avancée a-t-elle été possible ?
Ce double succès repose sur une réingénierie profonde de la chimie des matériaux et de l'architecture de la cellule. Les chercheurs ont notamment remplacé certains composés chimiques instables par des alternatives plus robustes, comme le rubidium, pour créer un réseau de pérovskite moins sujet aux défauts et à la dégradation. Un nouveau traitement de surface a également été mis au point pour améliorer la protection.
L'équipe a aussi optimisé la connexion entre les différentes couches de la cellule en utilisant de l'or à l'échelle nanométrique. Grâce à des techniques de microscopie avancées, ils ont compris que cet or formait des nanoparticules et non un film continu, une découverte qui leur a permis d'améliorer drastiquement le flux de la charge électrique et l'absorption de la lumière. Ces innovations combinées expliquent le gain spectaculaire en performance et en stabilité.
Cette publication dans la prestigieuse revue Nature Nanotechnology confirme que les obstacles à la production de cellules à pérovskite stables et de grande taille peuvent être surmontés.
Bien que le chemin vers une production de masse soit encore long, cette avancée nous rapproche d'une énergie solaire moins chère, plus efficace et essentielle pour alimenter un avenir bas-carbone. La prochaine étape sera de valider ces résultats sur des modules encore plus grands, un pas de plus vers l'implacable réalité économique du marché.
