Améliorer la viabilité dans le monde réel des cellules solaires à pérovskite avec l’amidinium

Rendre la meilleure technologie solaire durable

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

Celui-ci est fait d’oxyde de titane de calcium, et cette technologie a réalisé des progrès massifs au cours des dernières années. Des prototypes de laboratoire avec seulement 3,8 % d’efficacité de conversion lumière-énergie en 2009, ils ont atteint 33,9 % en 2024 pour un design de LONGi Green Energy Technology.

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

Aussi longtemps qu’ils ne peuvent pas 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 la majeure partie de la “nouvelle ère solaire” qui est déjà sur nous.

C’est pourquoi l’annonce d’un moyen d’améliorer la stabilité des pérovskites 3 fois est une grande affaire. Elle a été faite par des chercheurs de l’Université Northwestern (USA), de l’Université Griffith (Australie) et de l’Université de Toronto (Canada), qui ont publié leurs résultats dans la publication prestigieuse Science sous le titre “Amidination of ligands for chemical and field-effect passivation stabilizes perovskite solar cells¹.”

Avantages des pérovskites

Les principaux avantages des pérovskites sont leur faible coût et la possibilité de ” imprimer ” des cellules solaires. Un grand facteur de réduction des coûts est qu’elles peuvent être produites 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, ce qui conduit à une efficacité théorique plus élevée, pouvant atteindre 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, est une préoccupation qui doit également être abordée.

Source: Research Gate

Il convient de noter que les cellules solaires tandem silicium-pérovskite, comme celle développée par LONGi, sont une option au lieu de systèmes uniquement à pérovskite.

Protection des pérovskites contre la dégradation

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

Source: Frontiers

Ceci est bien sûr loin d’être idéal pour une utilisation réelle des panneaux solaires, qui devront faire face à la pluie et aux jours d’été chauds.

C’est là que les chercheurs de cette étude ont trouvé une solution, en utilisant un autre type de composé azoté : l’amidinium. L’amidinium est l’ion formé à partir des amidines.

Source: Wikipedia

Ceci est une déviation par rapport aux recherches précédentes sur les pérovskites, qui se sont concentrées sur l’amélioration de la stabilité des pérovskites elles-mêmes. Au lieu de cela, cela tente d’améliorer les couches de protection.

Amélioration radicale

Non seulement cette nouvelle approche a-t-elle amélioré la résistance du revêtement sur les 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 par rapport aux revêtements à base d’ammonium conventionnels. Mieux encore : les cellules revêtues d’amidinium ont également triplé la durée de vie de la cellule — le temps qu’il faut pour que l’efficacité de la cellule diminue de 90 % de sa valeur initiale lorsqu’elle est exposée à des conditions difficiles.”

Bin Chen – Professeur associé de recherche en chimie à Northwestern

Construire sur l’innovation précédente

Ceci n’est pas la première percée de cette équipe de recherche.

Une autre équipe de co-auteurs, 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 présenté une cellule solaire à pérovskite avec une structure inversée, qui a également amélioré son efficacité énergétique. Ils ont également incorporé des cristaux liquides pour minimiser les défauts dans les films de pérovskite, ce qui a conduit à une performance améliorée.

Il convient de noter que cette étude n’a pas été réalisée uniquement par des universitaires, mais a été soutenue à la fois par la société privée First Solar (FSLR ) et des institutions publiques comme le Département du Commerce, le National Institute of Standards and Technology et le Département de l’Énergie des États-Unis.

Investir dans l’énergie solaire

La production d’énergie solaire augmente constamment à un rythme à deux chiffres et sera un facteur clé pour décarboniser l’économie. Elle a encore un très long chemin à parcourir, avec la majorité écrasante de notre production d’électricité mondiale, et encore plus d’énergie totale, provenant des combustibles fossiles.

Au fil des ans, c’est un secteur qui a évolué pour récompenser les plus grandes entreprises, avec des économies d’échelle comme facteur clé pour gérer à générer des profits dans un environnement très concurrentiel. Avec, bien sûr, de nouvelles technologies comme un potentiel perturbateur des fabricants de panneaux solaires au polysilicium établis.

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

Si vous n’êtes pas intéressé à choisir des sociétés solaires spécifiques, vous pouvez également examiner les ETF comme Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), ou Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) qui vous donneront une exposition plus diversifiée pour capitaliser sur l’industrie solaire et de l’énergie propre.

Vous pouvez également lire notre article sur les “10 meilleures actions solaires à investir“.

Société solaire

First Solar, Inc.

First Solar est le plus grand fabricant de panneaux solaires aux États-Unis et dans tout l’hémisphère occidental, avec des sites de fabrication aux États-Unis, en Malaisie et au Vietnam.

La société n’utilise pas la technologie classique de silicium cristallin et utilise à la place sa photovoltaïque à couche mince propriétaire. Basée sur le tellurure de cadmium, elle est plus efficace, est produite à un coût plus bas et peut facilement être massivement produite. Les panneaux solaires à couche mince sont également plus durables, conservant 89 % de leur performance initiale 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, en utilisant des ressources qui étaient auparavant de peu d’utilité. Les panneaux à couche mince peuvent également avoir un taux de recyclage élevé.

L’avance technologique de First Solar, combinée à sa localisation géographique, en fait le bénéficiaire probable de la poussée croissante pour que les pays occidentaux approvisionnent leurs panneaux en dehors de la Chine.

La société augmente rapidement sa capacité de production, visant à atteindre une capacité nominale de 25 GW d’ici 2026, contre les 11 GW actuels.

Compte tenu de son implication dans la recherche discutée ici, la société est clairement intéressée par les pérovskites, du moins dès que ces panneaux sont suffisamment durables. Elle a notamment déclaré dans sa présentation aux investisseurs que les pérovskites devraient avoir “une ligne de développement prête pour produire des échantillons de technologie simulant des conditions de fabrication dans le quatrième trimestre 2024“.

First Solar a dépensé un total de 2 milliards de dollars en recherche et développement depuis sa création.

Dans l’ensemble, First Solar est un leader technologique qui devrait bénéficier des droits de douane sur les importations chinoises, ce qui compensera probablement l’effet négatif sur l’industrie solaire de la réélection de Trump.

Bien que se concentrant principalement sur les panneaux solaires à couche mince au tellurure de cadmium jusqu’à présent, son expertise dans la fabrication de panneaux solaires non siliciés pourrait lui donner un avantage significatif avec les pérovskites, en particulier compte tenu de ses liens étroits avec certains des principaux chercheurs dans ce domaine.

Référence à 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}