L’avenir des panneaux solaires : une nouvelle avancée prometteuse
Avec l’évolution de la technologie, il est envisageable que les panneaux solaires aient une durabilité nettement supérieure à quelques années. Des chercheurs des universités Purdue et Emory aux États-Unis ont mis au point un procédé innovant qui pourrait renforcer la longévité des cellules solaires de nouvelle génération.
L’alternative prometteuse des cellules à pérovskite
Depuis un certain temps, les ingénieurs en énergie se sont intéressés aux cellules solaires à pérovskite, qui s’avèrent être une option moins coûteuse et plus efficace que les cellules traditionnelles en silicium. Ce type de matériaux cristallins, notamment les pérovskites halogénées, sont des absorbeurs de lumière très performants, considérés capables de convertir la lumière du soleil en électricité avec une efficacité remarquable.
Cependant, un obstacle majeur reste à surmonter : leur instabilité extrême. La dégradation rapide de ces matériaux les rendait peu viables sur le marché, surtout en comparaison avec la longévité de plusieurs décennies offerte par le silicium.
Stabilisation grâce à des liquides ioniques
Dans leurs recherches récentes, l’équipe a réussi à introduire une méthode pour stabiliser les pérovskites halogénées en intégrant des « liquides ioniques » spécialement conçus. Ces liquides, qui sont des sels capables de rester sous forme liquide même à basse température, interagissent efficacement avec d’autres matériaux.
Les cellules solaires en pérovskite sont structurées comme un sandwich, avec une couche active d’absorption de lumière encadrée par deux couches d’interface. Alors que de nombreux chercheurs se concentrent sur les défauts de la surface supérieure, cette nouvelle approche vise l’intégralité de la structure pour éliminer les imperfections tant dans le cœur du matériau que dans l’interface inférieure souvent négligée. Cette méthodologie garantit la stabilité de la cellule de haut en bas.
Un adhésif chimique innovant
L’équipe a conçu un adhésif chimique avancé dénommé MEM-MIM-Cl. Ce liquide ionique, le méthoxyéthoxyméthyl-1-méthylimidazole chlorure, est doté d’une chaîne latérale d’éther de glycol qui régule la croissance des pérovskites et stabilise les interfaces enfouies grâce à des interactions synergétiques.
Agissant comme un véritable garde du corps moléculaire pour les cristaux délicats de pérovskite, ce liquide se lie aux ions de plomb positifs et comble les petites lacunes où des ions manquent. En outre, il protège les interfaces enfouies au sein de la structure des cellules solaires.
Lorsque ce liquide est mélangé avec le matériau brut de pérovskite, il favorise une croissance cristalline plus lente et plus parfaite, permettant le développement de grains de plus grande taille et de meilleure qualité avec moins de défauts internes. De surcroît, ce liquide migre naturellement vers l’interface inférieure, formant un joint protecteur qui prévient la formation de défauts à l’interface des couches.
Performances prometteuses lors des tests
Le véritable défi réside bien sûr dans la performance. Les cellules solaires améliorées ont été soumises à des tests extrêmes sous une exposition continue à la lumière du soleil à une température atteignant 90°C. Ces conditions de test sont bien plus sévères que celles généralement appliquées. Malgré cela, les cellules ont conservé une performance étonnante, maintenant 90 % de leur performance initiale pendant plus de 1 500 heures.
Les résultats ont révélé que les cellules intégrant MEM-MIM-Cl avaient atteint une efficacité de conversion énergétique de 25,9 % tout en conservant 90 % de leur performance initiale même après 1 500 heures sous une illumination continue et un stress thermique de 90 °C. Cette performance dépasse les précédentes références obtenues sous des conditions d’usure moins rigoureuses.
Étonnamment, cette technique est compatible avec les pratiques industrielles de fabrication, telles que le revêtement par lame, permettant une production efficace à grande échelle de panneaux solaires.
En outre, les chercheurs affinent continuellement leurs conceptions moléculaires et utilisent des techniques d’imagerie avancées pour mieux appréhender les interactions chimiques entre les liquides ioniques et les pérovskites. Grâce à des démarches de brevetage et de partenariats stratégiques, ils cherchent à transformer ces succès en laboratoire en une solution scalable pour le marché mondial de l’énergie.
Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Nature Energy le 1er décembre.
FAQ
Pourquoi les pérovskites sont-elles considérées comme une avancée dans la technologie solaire ?
Les pérovskites offrent une alternative moins coûteuse et plus efficace aux cellules solaires en silicium, avec un potentiel d’efficacité énergétique élevé.
Comment les liquides ioniques améliorent-ils la durée de vie des cellules solaires ?
Les liquides ioniques régulent la croissance des cristaux et stabilisent les interfaces, réduisant ainsi les défauts dans la structure des cellules solaires.
Quels sont les défis restants pour l’adoption industrielle des cellules solaires à pérovskite ?
La mise à l’échelle de la production et la stabilisation des pérovskites dans des conditions diverses restent des défis à surmonter avant que ces cellules ne soient largement adoptées.
Quelle est l’importance des tests à haute température pour les cellules solaires ?
Les tests à des températures élevées simulent des conditions extrêmes que les cellules peuvent rencontrer en usage réel, ce qui aide à évaluer leur durabilité et leur performance.
Quelles futures applications pourraient découler des recherches sur les pérovskites ?
Les innovations dans les pérovskites pourraient mener à des applications dans des dispositifs énergétiques variés, allant des panneaux solaires aux batteries à haute performance.
