Une équipe de chercheurs en Chine a franchi une étape importante dans le développement de la énergie solaire de prochaine génération, en atteignant un rendement de 34% pour une cellule solaire en tandem en laboratoire, tout en démontrant une bonne durabilité.
Points essentiels à retenir
D’après Interesting Engineering, les chercheurs de l’Université de Soochow et de LONGi Central R&D Institute ont conçu ce dispositif. De plus, une certification indépendante a révélé que sa tension à circuit ouvert atteignait 2,014 volts, l’un des niveaux les plus élevés enregistrés pour ce type de cellule.
Les spécialistes des énergies renouvelables s’intéressent de près aux cellules solaires à tandem en raison de leur combinaison d’une couche de pérovskit et d’une base en silicium classique. Ce montage permet de capter plus d’énergie solaire que les panneaux en silicium traditionnels.
Cependant, un des principaux défis dans ce domaine reste d’obtenir de bonnes performances à grande échelle. Les surfaces en silicium texturées sont efficaces pour capturer la lumière, mais leur structure inégale complique la création de films de pérovskit lisses et de haute qualité. Par ailleurs, des pertes de charge peuvent se produire à une interface enfouie à l’intérieur de la cellule, ce qui diminue tant l’efficacité que la tension.
Pour résoudre ce problème, l’équipe a opté pour des nanoparticules ultra-minces de zirconia monoclinique à l’interface, afin d’optimiser cet équilibre délicat.
Les chercheurs expliquent : « La seconde approche consiste à créer des contacts localisés à l’échelle nanométrique à l’interface. Les zones de zirconia offrent une passivation par effet de champ qui réduit la recombinaison non radiative, tandis que les chemins monomoléculaires exposés permettent une extraction efficace des trous. »
Lors des tests, le dispositif a atteint une efficacité de conversion de 34%. L’efficacité à l’état stable a été certifiée à 33,5%, tandis que la tension à circuit ouvert a été confirmée comme étant de 2,014 volts.
Contexte additionnel
Les cellules solaires en tandem sont considérées comme une voie prometteuse pour obtenir une électricité solaire plus abordable et puissante. Si les fabricants parviennent à extraire davantage d’énergie de chaque panneau, cela permettrait aux maisons, entreprises et services publics de produire plus d’électricité à partir de la même superficie de toiture ou de terrain.
Cette avancée est d’autant plus impressionnante que les tentatives précédentes d’amélioration de l’interface enfouie avaient souvent pour effet de résoudre un problème tout en en aggravant un autre : des pertes de charge réduites mais des difficultés accrues pour le passage de l’électricité à travers le dispositif.
De plus, l’équipe a constaté des signes d’amélioration de la longévité. Après 2 000 heures d’exposition continue à une lumière simulée à température ambiante, les cellules encapsulées ont conservé 84% de leur efficacité initiale. Les mesures ont révélé que les porteurs de charge duraient presque deux fois plus longtemps, passant de 1,46 à 2,81 microsecondes.
Qui est à l’origine de cette recherche ?
Le professeur Jiang Liu, le professeur Xiaohong Zhang, et le Dr Hongbo Mo ont dirigé cette recherche à l’Université de Soochow, en collaboration avec le Dr Bo He au LONGi Central R&D Institute. Huimin Zhang et Qingshui Zheng ont également apporté une contribution significative en tant que premiers auteurs.
Au niveau nanométrique, la conception a fait appel à un support en zirconia moucheté, facilitant ainsi une répartition plus uniforme du pérovskit, favorisant la formation de grains cristallins plus grands, et assurant une meilleure ancrage grâce à des liaisons chimiques solides. Les propriétés diélectriques élevées de la zirconia ont également permis de protéger le dispositif des fluctuations électriques et de l’accumulation de charge.
Bien que ces résultats soient encore uniquement issus de travaux en laboratoire, ils ouvrent des perspectives encourageantes pour rendre les panneaux solaires en tandem plus performants et résistants.
Les chercheurs ont conclu en indiquant que « les résultats démontrent qu’une interface isolante soigneusement conçue peut améliorer la croissance des films de pérovskit et réduire la recombinaison sans entraver l’extraction des charges. Cette conception d’interface à l’échelle nanométrique offre une stratégie prometteuse pour le développement de cellules solaires en tandem pérovskit/silicium plus efficaces et durables. »
Où en apprendre davantage ?
Plusieurs articles explorent les cellules solaires à tandem et les cellules à pérovskit, couvrant des sujets allant des records d’efficacité aux nouvelles méthodes d’amélioration des performances :
- En Allemagne, des scientifiques ont achevé un projet de tandem solaire de plusieurs années qui pourrait transformer l’industrie énergétique.
- Des chercheurs ont élaboré une cellule à tandem à base de selenide d’antimoine, atteignant 20% d’efficacité et élargissant les options matérielles.
- À Singapour, des ingénieurs ont atteint une efficacité certifiée record grâce à une cellule solaire à pérovskit redessinée.
- Des scientifiques ont présenté un améliorateur de performance à base de sélénium, susceptible d’augmenter l’efficacité des panneaux solaires.
- Des chercheurs ont mis au point un traitement de lumière en forme d’impulsions destiné à augmenter la production et la génération d’énergie des cellules solaires.
FAQ
Qu’est-ce qu’une cellule solaire à tandem ?
Une cellule solaire à tandem combine deux ou plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs pour capter un spectre lumineux plus large, ce qui augmente son efficacité.
Pourquoi le pérovskit est-il utilisé dans les cellules solaires ?
Le pérovskit est prisé pour sa capacité à absorber la lumière efficacement et pour sa facilité de fabrication, ce qui le rend attrayant pour une utilisation dans les cellules solaires.
Quels sont les enjeux de l’industrialisation de ces nouvelles technologies solaires ?
Les défis incluent la production à grande échelle des matériaux, le maintien de l’efficacité dans les conditions réelles, et la durabilité des cellules contre des conditions environnementales variées.
Comment ces avancées peuvent-elles influencer l’industrie de l’énergie ?
Ces innovations pourraient réduire le coût de la production d’électricité solaire, rendant l’énergie renouvelable plus compétitive par rapport aux sources d’énergie fossiles.
Existe-t-il d’autres applications potentielles pour les cellules à pérovskit ?
Outre les panneaux solaires, les cellules à pérovskit pourraient également être utilisées dans des dispositifs optoélectroniques, tels que des LEDs, et des lasers, en raison de leurs propriétés optiques uniques.
