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Les pérovskites, ces pierres précieuses du solaire photovoltaïque

Les pérovskites, ces pierres précieuses du solaire photovoltaïque

Les rendements des cellules solaires en pérovskite rivalisent aujourd’hui avec ceux des cellules classiques en silicium. À l’échelle nanométrique, les pérovskites des cellules solaires se présentent sous la forme de grains ressemblant à des pierres précieuses aux multiples facettes. Ces technologies nouvelle génération sont désormais des candidates de poids pour la production de panneaux photovoltaïques bon marché. Des chercheurs américains viennent d'ailleurs de pointer un détail de la structure nanométrique des pérovskites qui pourrait encore améliorer leurs performances.



Des cellules solaires en pérovskites ? Les chercheurs y songent de plus en plus. D’autant que leurs rendements viennent désormais titiller ceux des classiques cellules photovoltaïques à base de silicium, qui plafonnent à quelque 25 % (même si les records vont au-delà). Grâce à une découverte de chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (États-Unis), les rendements de ces nouvelles cellules solaires pourraient même atteindre prochainement les 31 % !

Le secret d’une telle efficacité se cacherait dans la structure même de ces matériaux. Les pérovskites constituent en effet une famille de matériaux présentant une structure cristalline particulière. Elles ont l’avantage de pouvoir être mises en forme à température ambiante – contre 3.000 °C nécessaires pour le silicium – et à l’aide d’un procédé plutôt simple. De quoi afficher des coûts de production plus qu’intéressants. Ne reste plus qu’à améliorer leurs rendements.

Pour ce faire, les chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory, déjà familiers des performances macroscopiques de ces matériaux, ont choisi de s'intéresser au fonctionnement des pérovskites à l’échelle nanométrique. C’est à l’aide d'un microscope à force atomique que les chercheurs américains ont pu en apprendre plus sur la topographie de la surface d’une cellule solaire en pérovskite. Les images – obtenues sans friction et donc, sans risque d’endommagement ou d’artefacts – ont révélé une surface bosselée, composée de grains de quelque 200 nanomètres, chaque grain présentant de multiples facettes faisant penser à des pierres précieuses.

Une efficacité record des cellules solaires grâce aux pérovskites ?

C’est lorsqu’ils ont décidé de tester séparément l’efficacité de conversion photovoltaïque de chaque facette de chaque grain que les chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory ont été le plus étonnés. En effet, certaines facettes se sont révélées particulièrement peu performantes alors que d’autres, parfois adjacentes, ont affiché des rendements proches de la limite théorique maximale des 31 %. Imaginez donc ce qui deviendrait possible si l’on parvenait à produire des grains de pérovskites qui ne présenteraient que des facettes efficaces !

Les résultats obtenus par les chercheurs américains montrent un ordre de grandeur de différence concernant la génération de photocourant – ce courant qui résulte de l’effet photovoltaïque – et jusqu’à 0,6 volt de différence de tension en circuit ouvert entre les facettes d’un même grain. Les grains présentant un photocourant élevé sont par ailleurs également ceux qui affichent les tensions en circuit ouvert les plus importantes.

Dans la pratique, les facettes se comportent comme des milliards de minuscules cellules solaires, toutes connectées entre elles. Celles dont les rendements sont les plus faibles affectent bien entendu négativement le rendement global de l’échantillon. Charge aux chercheurs désormais de produire des pérovskites ne présentant que des facettes efficaces, ou de réussir à déconnecter les facettes les moins efficaces afin d’éliminer les pertes qu’elles occasionnent.

Source : http://www.futura-sciences.com