Durabilité
L’IA fait progresser le solaire à couche mince en débloquant la stabilité du pérovskite
Du silicium aux films minces
Dans notre article « The Solar Age – A Bright Future To Mankind », nous avons expliqué comment la montée de l’énergie solaire annonçait une révolution de notre approvisionnement énergétique, du moins à long terme.
À ce jour, environ 90 % des panneaux solaires sont fabriqués avec une technologie basée sur le silicium, la grande majorité utilisant des conceptions en polysilicium, qui ont remplacé les anciennes conceptions en monosilicium (le silicium monocristallin est plus durable, mais aussi moins rentable).
Source: EIA
Une alternative est les pérovskites, souvent appelées cellules solaires à film mince, qui captent l’énergie du Soleil grâce à la structure cristalline unique du pérovskite. (Une autre forme de technologie solaire à film mince utilise des cellules à film mince de tellurure de cadmium.)
Le terme « film mince » provient de la couche de matériau beaucoup plus fine requise pour produire de l’électricité, ce qui rend les cellules solaires plus flexibles et plus légères.
Les pérovskites naturelles sont composées d’oxyde de calcium et de titane (CaTiO3), mais d’autres minéraux peuvent posséder la même structure cristalline avec une formule chimique suivant la règle « ABX3 ».
Bien qu’elles offrent un rendement de conversion énergétique très élevé, les pérovskites sont moins durables que les cellules solaires en silicium, ce qui a freiné leur utilisation pratique et leur adoption commerciale.
Des chercheurs de l’Université de technologie de Chalmers (Suède) et de l’Université de Birmingham ont utilisé l’apprentissage automatique pour éclaircir la partie manquante des connaissances théoriques sur la structure cristalline des pérovskites, ouvrant la voie à les rendre plus durables et, ainsi, peut‑être à la prochaine génération de technologie photovoltaïque commerciale.
Ils ont publié leurs résultats dans le Journal of the American Chemical Society1, sous le titre « Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential ».
Stabilité du pérovskite formamidinium
Les chercheurs ont travaillé avec un matériau appelé iodure de plomb formamidinium (FAPbI3). Il est considéré comme l’un des matériaux les plus performants du groupe des pérovskites halogénées pour ses propriétés prometteuses pour les futures technologies de cellules solaires.
Cependant, le matériau n’est généralement pas suffisamment stable sous la lumière du soleil pour une application commerciale, et une partie de la raison est que la phase à basse température de l’iodure de plomb formamidinium reste mal comprise, jusqu’à présent.
“La phase à basse température de ce matériau a longtemps été une pièce manquante du puzzle de recherche et nous avons maintenant résolu une question fondamentale concernant la structure de cette phase.”
Modélisation IA avancée
Les observations expérimentales n’avaient jusqu’à présent pas suffi à comprendre la structure cristalline du FAPbI3. Les simulations informatiques traditionnelles, qui tentent de calculer et de simuler le comportement des atomes un par un, nécessitent des supercalculateurs puissants et de longs temps de simulation.
À la place, les chercheurs ont mis à profit leur expertise en apprentissage automatique pour améliorer drastiquement l’efficacité de la simulation informatique.
“En combinant nos méthodes standard avec l’apprentissage automatique, nous pouvons désormais exécuter des simulations qui sont des milliers de fois plus longues qu’auparavant.
Et nos modèles peuvent maintenant contenir des millions d’atomes au lieu de centaines, ce qui les rapproche davantage du monde réel,
Transitions de phase cristalline du FAPbI3
Selon la température, le FAPbI3 peut adopter différentes structures cristallines : cubique à 300 K (27 °C / 80 °F), tétragonal en dessous de 285 K (12 °C / 53 °F) et encore inconnue à 140 K (-133 °C / -207 °F).
Ils ont découvert que leur simulation prédisait que le matériau pouvait être placé dans un état semi‑stable lorsqu’il était refroidi.
Ils l’ont ensuite testé en conditions réelles à -200 °C / -328 °F, afin de confirmer que la simulation prédit avec précision le comportement des cristaux de pérovskite, notamment dans cette condition encore non prouvée.
Le modèle a principalement fonctionné avec une prédiction quasi parfaite du mouvement des atomes de carbone, et une prédiction suffisamment précise pour les atomes d’azote.
Applications de la recherche sur les pérovskites alimentée par l’IA
Ce modèle est le premier à prédire avec une bonne précision toutes les structures cristallines de ce matériau pérovskite. Il est également beaucoup moins exigeant en termes de ressources informatiques, ce qui le rend utilisable par presque toute équipe de recherche dans le monde. Il pourrait donc accélérer drastiquement les progrès de cette technologie.
La structure cristalline et sa stabilité sont les pierres angulaires pour rendre le pérovskite plus durable, et sont également essentielles pour le rendre commercialement viable.
“Nous espérons que les connaissances que nous avons tirées des simulations pourront contribuer à la manière de modéliser et d’analyser les matériaux pérovskites halogénés complexes à l’avenir,”
Le solaire à film mince, étant plus flexible, peut être déployé dans de nombreux contextes supplémentaires par rapport aux panneaux solaires traditionnels. Ils sont également beaucoup plus légers.
Ainsi, si le pérovskite peut être utilisé commercialement, nous pourrions commencer à l’utiliser sur la surface des bâtiments, des voitures, des toits, des téléphones portables, etc., fournissant une énergie abondante sans devoir consacrer des terrains à de grandes fermes solaires.
L’amidinium semble être la bonne direction pour cette technologie, d’autres rapports indiquant également qu’un revêtement protecteur d’amidinium peut augmenter radicalement la durée de vie des cellules solaires à film mince. Les nanoparticules d’alumine pourraient également multiplier par 10 la durée de vie des cellules solaires pérovskites.
Il est fort probable qu’une combinaison de plusieurs de ces technologies émergera pour créer une cellule solaire pérovskite à film mince ultra‑durable.
Glissez pour faire défiler →
| Technologie | Matériau | Potentiel d’efficacité | Durabilité | Maturité commerciale |
|---|---|---|---|---|
| Silicium (mono/poly) | Silicium cristallin | 22–26% | Très élevée (25–30 ans) | Entièrement commercial |
| Tellurure de cadmium | Film mince CdTe | 23–25% | Élevée (30 ans, 89 % de rétention) | Commercial (First Solar) |
| Pérovskite (FAPbI3, amidinium) | Pérovskites halogénées | >30 % (tandem en laboratoire) | Actuellement faible (se dégrade sous la lumière du soleil) | Pré‑commercial, phase de recherche |
Investir dans l’innovation solaire
First Solar, Inc.
(FSLR )
First Solar est le plus grand fabricant de panneaux solaires aux États‑Unis et dans l’ensemble de l’hémisphère occidental, avec des sites de production aux États‑Unis, en Malaisie et au Vietnam.
L’entreprise n’utilise pas la technologie classique du silicium cristallin et utilise plutôt ses photovoltaïques à film mince propriétaires.
Basés sur le tellurure de cadmium, ils sont plus efficaces, produits à moindre coût et peuvent être facilement fabriqués en masse.
Source: Department Of Energy
Les panneaux solaires à film mince de tellurure de cadmium sont également plus durables, conservant 89 % des performances initiales après 30 ans.
Source: First Solar
Le cadmium et le tellurure sont des sous‑produits de l’extraction d’autres métaux, ce qui signifie que les produits First Solar ont un impact minimal, utilisant des ressources qui étaient peu exploitées auparavant. Les panneaux à film mince peuvent également bénéficier d’un taux de recyclage élevé.
L’accent de l’entreprise sur la technologie des semi‑conducteurs à film mince lui permet d’être entièrement intégrée verticalement, ce qui la rend radicalement différente de l’industrie des panneaux solaires basée sur le silicium.
Au lieu de multiples usines, chaque acteur étant spécialisé dans un segment comme la purification du polysilicium, et nécessitant de nombreux jours pour produire une cellule solaire, First Solar peut passer des matières premières au produit fini en moins de 4 heures.
Source: First Solar
L’avantage technologique de First Solar, combiné à sa localisation géographique, en fait le probable bénéficiaire de la poussée croissante des pays occidentaux à s’approvisionner en panneaux hors de Chine.
L’entreprise augmente rapidement sa capacité de production, visant une capacité nominale de 25 GW d’ici 2026, contre 11 GW actuellement.
First Solar a dépensé au total 2 milliards de dollars en R&D depuis sa création. Les équipes de R&D de First Solar prévoient un CdTe à film mince avec une efficacité cellulaire de 25 % et des voies vers 28 % d’efficacité d’ici 2030.
Compte tenu de son implication dans la recherche évoquée ici, l’entreprise s’intéresse clairement aux pérovskites, du moins dès que ces panneaux seront suffisamment durables.
À long terme, First Solar envisage d’intégrer son expérience du film mince de tellurure de cadmium à la technologie pérovskite, rendant les panneaux solaires ainsi obtenus encore plus efficaces.
Source: First Solar
Dans l’ensemble, First Solar est un leader technologique qui devrait bénéficier des tarifs sur les importations chinoises, ce qui pourrait compenser l’effet négatif sur l’industrie solaire suite à la réélection de Trump.
Bien qu’actuellement concentrée principalement sur le solaire à film mince utilisant le tellurure de cadmium, son expertise dans la fabrication de panneaux solaires non silicium pourrait lui donner une avance considérable avec les pérovskites, surtout compte tenu de ses liens étroits avec certains des meilleurs chercheurs du domaine.
(Vous pouvez également lire plus d’informations sur First Solar dans le rapport d’investissement dédié à l’entreprise)
Dernières nouvelles et développements des actions First Solar (FSLR)
Étude référencée
1. Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart, and Julia Wiktor. Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential. Journal of the American Chemical Society. 14 août 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05265
