Nouveaux records du monde pour les cellules photovoltaïques tandem pérovskite-silicium

L’augmentation du rendement de conversion des cellules photovoltaïques est importante pour deux raisons. Sur le long terme, elle constitue le meilleur moyen de réduire les coûts de l’électricité solaire. Sur le court terme, elle est idéale pour favoriser l’adoption du photovoltaïque pour des applications où l’espace à disposition est limité, par exemple, les toitures, les façades, les véhicules, voire les drones.

Toutefois, le rendement des cellules photovoltaïques est fondamentalement limité par leurs matériaux constitutifs. Les technologies les plus répandues à ce jour font appel au silicium. Malgré son succès, le silicium a une limite de rendement théorique d’environ 29 %. Les niveaux atteints par les meilleures cellules de laboratoire aujourd’hui sont légèrement en deçà de 27 %, ce qui laisse très peu de marge de progression pour l’avenir.

Dans la course à l’innovation pour s’affranchir de cette limitation du silicium, les scientifiques ont ajouté une ou plusieurs cellules complémentaires au silicium pour former des cellules « tandem ». La lumière visible du soleil, dont l’énergie est plus haute, est absorbée par la cellule supérieure, tandis que la lumière infrarouge, à énergie plus basse, est absorbée par la cellule silicium placée à l’arrière de la cellule tandem. Les pérovskites à halogénure ont été identifiés comme un complément idéal au silicium car, ensemble, ils peuvent convertir plus efficacement la lumière en électricité, sans augmenter exagérément les coûts de fabrication.

Un avenir radieux

« Fort de ces résultats en matière de rendement, la R&D doit désormais aller plus loin, afin de les reproduire sur des surfaces plus grandes et de s’assurer que ces nouvelles cellules peuvent maintenir une production d’électricité stable sur nos toitures et ailleurs pendant une durée de vie standard », fait remarquer Quentin Jeangros du CSEM. « Nous savions que les technologies tandems pérovskite-silicium pouvaient potentiellement franchir la barre symbolique des 30 % d’efficacité. Mais c’est la première fois que cette hypothèse, annoncée il y a longtemps, est prouvée, ce qui, espérons-le, pourra ouvrir la voie à une électricité durable encore moins chère à l’avenir », déclare Christian Wolff de l’EPFL en guise de conclusion.

Ces travaux de recherche ont été menés par l’équipe de l’EPFL PV-Lab à Neuchâtel (Dr. Xin Yu Chin, Deniz Türkay, Kerem Artuk, Dr. Mathieu Boccard et leurs collègues du groupe « Tandem Photovoltaics » de l’EPFL dirigé par Dr. Christian Wolff), en collaboration avec des scientifiques du CSEM (Dr. Brett Kamino, Dr. Florent Sahli, Dr. Soo-Jin Moon, Arnaud Walter et leurs collègues, sous la direction de Dr. Quentin Jeangros). Ils ont été subventionnés par l’Office fédéral suisse de l’énergie, le Fonds national suisse de la recherche scientifique, la Commission européenne, les Services Industriels de Genève et l’Advanced Manufacturing Initiative du domaine des EPF.