Augmenter la viabilité réelle des cellules solaires à pérovskite avec l’amidimium

Rendre la meilleure technologie solaire durable

La plupart des panneaux solaires reposent sur deux technologies: le polysilicium, qui constitue la majorité d'entre eux, et le tellurure de cadmium en couche mince. Cependant, il existe une troisième méthode pour fabriquer des systèmes photovoltaïques, qui utilise un minéral appelé pérovskite.

Il s'agit d'oxyde de calcium et de titane, et cette technologie a réalisé d'énormes progrès ces dernières années. Des prototypes de laboratoire avec seulement 3,8 % d'efficacité de conversion lumière‑énergie en 2009, ils ontatteint 33,9 % en 2024 pour une conception de LONGi Green Energy Technology.

Cependant, les panneaux solaires à pérovskite présentent un problème majeur: la durabilité. La plupart des cellules solaires à pérovskite ne durent que quelques années. Cela les empêche d'être utilisées dans un contexte commercial, car cela compromet la rentabilité de ces systèmes, même avec une efficacité plus élevée et des coûts de production plus faibles.

Donc, tant qu'elles ne peuvent pas se comparer à la durabilité de 2 à 3 décennies du polysilicium, les pérovskites seront condamnées à des applications de niche et à des prototypes de laboratoire, manquant ainsi la plupart du « nouvel âge solaire » qui est déjà parmi nous.

C’est pourquoi l’annonce d’une méthode permettant d’améliorer la stabilité des pérovskites de trois fois est une grande avancée. Elle a été réalisée par des chercheurs de la Northwestern University (États‑Unis), de la Griffith University (Australie) et de l’Université de Toronto (Canada), qui ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue Science sous le titre « Amidination of ligands for chemical and field-effect passivation stabilizes perovskite solar cells¹ ».

Avantages des pérovskites

Les principaux avantages de la pérovskite sont son faible coût et la possibilité d'« imprimer » des cellules solaires. Un facteur majeur de ce coût réduit est qu’elle peut être produite à température ambiante, contrairement au silicium qui nécessite des centaines de degrés.

Les cellules à pérovskite sont également flexibles, ouvrant de nouvelles applications comme les toits de voitures et les drones. Elles absorbent également une plus grande partie de la lumière du Soleil, conduisant à une efficacité théorique plus élevée, pouvant atteindre jusqu’à 40 %.

Le titane est également un métal relativement abondant, ce qui en fait une meilleure alternative au silicium que le tellurure de cadmium. Cependant, la fuite potentielle de métaux lourds, notamment le plomb, constitue une préoccupation qui doit également être prise en compte.

Source: Research Gate

Il convient également de noter que les cellules tandem silicium‑pérovskite, comme celle développée par LONGi, constituent une option plutôt que des systèmes uniquement à base de pérovskite.

Protéger les pérovskites de la dégradation

Typiquement, les cellules solaires à pérovskite utilisent une couche de revêtement à base d'ammonium pour améliorer l'efficacité. Bien que efficace, les couches à base d'ammonium se dégradent sous le stress environnemental, notamment la chaleur et l'humidité. Cela est dû au fait que la molécule d'ammonium a tendance à se décomposer sous une chaleur intense et l'eau.

Source: Frontiers

Cela est bien sûr loin d'être idéal pour l'utilisation réelle des panneaux solaires, qui devront faire face à la pluie et aux journées d'été chaudes.

C'est ici que les chercheurs de cette étude ont trouvé une solution, en utilisant un autre type de composé à base d'azote: l'amidinium. L'amidinium est l'ion formé à partir des amidines.

Source: Wikipedia

Il s'agit d'un départ par rapport aux recherches antérieures sur les pérovskites, qui se concentraient sur l'amélioration de la stabilité des pérovskites elles‑elles. Au lieu de cela, cette approche vise à améliorer les couches protectrices.

Amélioration radicale

Non seulement cette nouvelle approche a amélioré la résistance du revêtement au-dessus des cellules à pérovskite, mais elle a également renforcé la durabilité globale du panneau solaire.

« Le nouveau revêtement était 10 fois plus résistant à la décomposition comparé aux revêtements conventionnels à base d'ammonium. Mieux encore: les cellules revêtues d'amidinium ont également triplé la durée de vie T₉₀ de la cellule — le temps nécessaire pour que l'efficacité d'une cellule chute à 90 % de sa valeur initiale lorsqu'elle est exposée à des conditions sévères. »

Bin Chen –  Professeur associé de recherche en chimie à Northwestern

Construire sur l’innovation précédente

Ce n’est pas du tout la première percée de cette équipe de recherche.

L’équipe d’un autre co‑auteur, Ted Sargent, a développé en 2022 une cellule solaire à pérovskite qui a battu des records d'efficacité énergétique et de tension.

En 2023, son équipe a introduit une cellule solaire à pérovskite à structure inversée, ce qui a également amélioré son efficacité énergétique. Ils ont également intégré des cristaux liquides pour minimiser les défauts dans les films de pérovskite, conduisant à une performance d'appareil améliorée.

Il convient également de noter que cette étude n'a pas été réalisée uniquement par des universitaires, mais a été soutenue à la fois par l'entreprise privée First Solar (FSLR ), et par des institutions publiques telles que le Department of Commerce, le National Institute of Standards and Technology et le U.S. Department of Energy.

Investir dans l’énergie solaire

La production d'énergie solaire croît constamment à un taux à deux chiffres et sera un moteur clé pour décarboniser l'économie. Elle a encore un très long chemin à parcourir, la grande majorité de notre production mondiale d'électricité, et encore plus d'énergie totale, provenant des combustibles fossiles.

Au fil des années, c'est un secteur qui a évolué pour récompenser les plus grandes entreprises, les économies d'échelle étant un facteur clé pour réussir à générer du profit dans un environnement très concurrentiel. Avec, bien sûr, les nouvelles technologies comme un potentiel perturbateur des fabricants de panneaux en polysilicium établis.

Vous pouvez investir dans des entreprises solaires via de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver ici, sur securities.io, nos recommandations pour les meilleurs courtiers aux États‑Unis, Canada, Australie, Royaume‑Uni, ainsi que dans de nombreux autres pays.

Si vous n'êtes pas intéressé par la sélection d'entreprises solaires spécifiques, vous pouvez également vous tourner vers des ETF tels que Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), ou Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), qui offriront une exposition plus diversifiée pour profiter de l'industrie solaire et des énergies propres.

Vous pouvez également lire notre article sur le « Top 10 des actions solaires à investir ».

Entreprise solaire

First Solar, Inc.

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 couche mince propriétaires. Basés sur le tellurure de cadmium, ils sont plus efficaces, produits à moindre coût et peuvent être facilement fabriqués en masse. Les panneaux solaires à couche mince sont également plus durables, conservant 89 % de la performance originale après 30 ans.

Source: First Solar

Le cadmium et le tellurure sont des sous‑produits de l'exploitation minière 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 couche mince peuvent également présenter un taux de recyclage élevé.

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 à atteindre une capacité nominale de 25 GW d'ici 2026, contre 11 GW actuellement.

Compte tenu de son implication dans la recherche évoquée ici, l'entreprise s'intéresse clairement à la pérovskite, du moins dès que ces panneaux seront suffisamment durables. Elle a notamment déclaré dans sa présentation aux investisseurs que la pérovskite devrait disposer d'une « ligne de développement prête à produire des échantillons technologiques simulant des conditions de fabrication au quatrième trimestre 2024 ».

First Solar a dépensé au total 2 milliards de dollars en R&D depuis sa création.

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'elle se concentre principalement sur le solaire à couche mince utilisant le tellurure de cadmium jusqu'à présent, son expertise dans la fabrication de panneaux solaires non silicium pourrait lui donner une avance significative avec la pérovskite, surtout compte tenu de ses liens étroits avec certains des meilleurs chercheurs de ce domaine.

Référence de l’étude :

^{1. Yang, Y., et al. (2024). Amidination of ligands for chemical and field-effect passivation stabilizes perovskite solar cells. Science, 386(898–902). https://doi.org/10.1126/science.adr2091}