Face à l’urgence de produire une énergie plus propre et moins chère, le solaire reste l’une des pistes les plus crédibles. Mais rendre les panneaux à la fois performants, durables et abordables n’est pas trivial. C’est dans ce contexte que les cellules solaires tandem pérovskite/silicium attirent l’attention: elles promettent de dépasser les limites du silicium seul, tout en posant de nouveaux défis de mise à l’échelle et de fiabilité.
Pourquoi miser sur les tandems pérovskite/silicium ?
- Le principe du tandem consiste à superposer deux matériaux qui captent des portions différentes du spectre solaire. Résultat: une conversion de l’énergie plus efficace qu’avec une cellule au silicium traditionnelle.
- Sur le papier, ces architectures peuvent franchir des rendements inaccessibles au silicium seul. Dans les labos, des démonstrateurs approchent déjà les 34 %.
- L’enjeu n’est plus seulement d’augmenter le rendement, mais de le faire avec une stabilité et une fabrication à grande échelle compatibles avec l’industrie.
Où en est la recherche à Hong Kong ?
Une équipe de l’Hong Kong Polytechnic University (PolyU), dirigée par les professeurs Li Gang et Yang Guang, propose une feuille de route claire: rapprocher les tandems pérovskite/silicium des 40 % de rendement tout en consolidant leur robustesse. Leur analyse croise résultats de laboratoire, contraintes de production et perspectives d’usage réel. L’objectif: accélérer le passage des prototypes à la production de masse, en phase avec les objectifs nationaux de neutralité carbone.
Les obstacles techniques majeurs
- Les matériaux à base de pérovskite sont sensibles à l’humidité, à l’oxygène, aux UV et aux variations de température. Sans protections et procédés adaptés, les performances chutent avec le temps.
- Les données de fiabilité à long terme en extérieur restent limitées. Les premiers essais sur le terrain sont encourageants, mais il faut des séries longues, dans des climats variés, pour conclure.
- Les procédés industriels doivent garantir une uniformité des couches, une maîtrise des défauts et une répétabilité lot après lot, ce qui est plus complexe que sur de petites cellules de laboratoire.
De la cellule au module: la mise à l’échelle, nerf de la guerre
Passer d’une cellule réussie sur quelques centimètres carrés à un module de grande surface crée des pertes de rendement: résistances en série plus élevées, inhomogénéités, encapsulation imparfaite, interconnexions délicates. La réduction de cet écart cellule–module est un levier essentiel pour la compétitivité.
Durabilité: tester vite, tester juste
L’équipe recommande des tests accélérés conformes aux normes de la Commission électrotechnique internationale (IEC) pour identifier rapidement les modes de dégradation. L’idée: choisir des matériaux et des procédés compatibles avec l’industrie dès le départ, plutôt que d’optimiser un système brillant au labo mais difficile à produire.
Environnement et matériaux: anticiper les impacts
Si les pérovskites sont peu coûteuses à fabriquer, certaines formulations utilisent des éléments rares et du plomb, ce qui interroge leur empreinte environnementale. Les chercheurs appellent à:
- développer des alternatives plus sûres quand c’est possible,
- mettre en place des systèmes de confinement et de recyclage efficaces,
- intégrer l’écoconception et la traçabilité des matériaux dès la R&D.
Passer du labo au marché: coopérer pour réduire le coût de l’électricité
Pour atteindre un coût actualisé de l’électricité plus faible, la communauté doit combiner:
- science des matériaux (stabilité intrinsèque, interfaces, barrières de diffusion),
- ingénierie des dispositifs (architecture, encapsulation, interconnexions),
- modélisation techno‑économique (choix procédés, capex/opex, fiabilité).
Les chercheurs plaident pour une collaboration étroite entre universités, instituts de recherche et industriels afin d’aligner objectifs scientifiques et contraintes de fabrication.
Quel impact pour l’économie numérique et l’IA ?
En sécurisant une offre d’électricité renouvelable à haut rendement et plus régulière, ces tandems pourraient alimenter des secteurs gourmands en énergie, comme l’intelligence artificielle, les centres de données et certaines industries lourdes, accélérant une transition bas carbone crédible.
Ce que cela change si l’objectif de 40 % est atteint
Atteindre près de 40 % en conditions réalistes, avec des modules fiables, ferait basculer la technologie des bancs d’essai vers les toitures, les parcs solaires et les réseaux industriels. Ce serait une étape décisive vers un mix énergétique plus propre et compétitif. Les avancées de l’équipe de PolyU, publiées dans la revue Nature Photonics, tracent une voie pragmatique pour y parvenir.
FAQ
Que signifie “tandem” dans une cellule solaire, en termes simples ?
Deux “étages” absorbent des couleurs différentes de la lumière. Le haut capte mieux les photons énergétiques, le bas récupère ceux plus faibles. Ensemble, ils réduisent les pertes et augmentent le rendement global.
Les tandems fonctionneront-ils dans des climats chauds et humides ?
Oui, mais à condition d’une encapsulation et de barrières de protection de haut niveau. Les protocoles inspirés des normes IEC servent précisément à vérifier la tenue en chaleur, humidité, UV et cycles thermiques.
À quelle échéance peut-on envisager des modules commerciaux robustes ?
Si les progrès de stabilité et de fabrication se confirment, des déploiements ciblés peuvent émerger à moyen terme, d’abord sur des sites pilotes et segments à forte valeur. La généralisation dépendra des coûts, du taux de réussite en production et des données de terrain.
Que devient le plomb en fin de vie des modules ?
Les fabricants peuvent intégrer des systèmes de confinement, de récupération et de recyclage pour éviter toute dispersion. Des schémas de responsabilité élargie du producteur sont envisageables afin d’assurer une boucle fermée.
Les tandems remplaceront-ils totalement le silicium classique ?
Probablement pas à court terme. Le silicium restera dominant sur certains segments grâce à son écosystème industriel mature. Les tandems viseront d’abord des applications où le rendement supérieur compense un coût initial plus élevé. Ensuite, la baisse des coûts pourrait élargir leur champ d’usage.
