En atteignant une efficacité record de 94 %, ces nouveaux modules solaires inversés chinois promettent de bouleverser l’avenir énergétique mondial

La technologie solaire a fait des progrès significatifs ces dernières années, et la recherche sur les cellules solaires à base de pérovskite en est un exemple frappant. Un groupe de chercheurs internationaux, dirigé par l’Université des sciences électroniques et de la technologie de Chine (UESTC), a récemment réalisé une avancée majeure dans ce domaine. En utilisant des additifs spécifiques comme le pyrrodiazole, ils ont réussi à améliorer la stabilité et l’efficacité des films de pérovskite, atteignant une efficacité certifiée de 20,3 %. Cette innovation prometteuse pourrait révolutionner la production de l’énergie solaire à grande échelle, ouvrant de nouvelles perspectives pour une adoption commerciale étendue.

Comprendre les structures de cellules solaires à pérovskite

Les cellules solaires à pérovskite se déclinent principalement en deux structures : la structure conventionnelle « n-i-p » et la structure inversée « p-i-n ». Cette dernière présente une disposition où le contact sélectif de trous (p) se trouve en bas, tandis que la couche de transport d’électrons (n) est placée au sommet. Ce design permet à la lumière de pénétrer à travers la couche de transport de trous (HTL), contrairement aux cellules n-i-p où l’illumination se fait à travers la couche de transport d’électrons (ETL). Cette configuration inversée est cruciale car elle optimise la capture de la lumière et améliore l’efficacité globale des cellules.

Le succès de cette approche réside dans la capacité à réguler le processus de cristallisation de la pérovskite. Selon Shibin Li, l’auteur principal de l’étude, l’équipe a réussi à préparer de manière évolutive des films de pérovskite de structure homogène en utilisant une stratégie d’immobilisation. Cette technique a permis non seulement d’améliorer la stabilité des couches de pérovskite, mais aussi de faciliter la production à grande échelle en utilisant un revêtement à fente en conditions atmosphériques.

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Amélioration de l’efficacité et de la durabilité

L’ajout de pyrrodiazole (PZ) a joué un rôle essentiel dans la stabilisation des composés de la pérovskite, notamment le plomb iodure (PbI2) et le formamidinium iodure (FAI). Les chercheurs ont découvert que le PZ forme des paires acide-base de Lewis solides avec PbI2 et des liaisons hydrogène avec FAI. Ces interactions réduisent l’agrégation colloïdale, améliorant ainsi l’uniformité du film et prévenant les défauts.

La structure cellulaire développée par l’équipe comprend un substrat en verre d’oxyde d’étain dopé au fluor (FTO), un film de nickel(II) oxyde (NiOx) déposé par pulvérisation, une couche de carbazole méthyl-substitué (Me-4PACz), le film de pérovskite, une couche de transport d’électrons de buckminsterfullerène (C60), une couche tampon de bathocuproïne (BCP) et un contact en cuivre (Cu). Cette configuration avancée a permis aux modules solaires miniatures de réaliser une efficacité de pointe de 21,5 %, avec une efficacité certifiée de 20,3 %, l’une des plus élevées pour des modules solaires à pérovskite inversée.

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Applications futures dans l’énergie solaire à grande échelle

Les modules solaires testés mesuraient 10 cm × 10 cm et contenaient 11 sous-cellules connectées. Leurs performances ont été validées par l’Institut national de mesure et de technologie de la Chine. Les tests supplémentaires sur des modules avec une aire d’ouverture de 56,5 cm² ont montré que les modules améliorés par le PZ ont augmenté leur efficacité de 18,2 % à 21,5 %. Cependant, les variantes de l’additif PZ, étiquetées PZ-I et PZ-II, ont eu des effets minimes ou négatifs, atteignant respectivement 17,9 % et 17,0 % d’efficacité.

Cette avancée technologique ouvre la voie à des applications à plus grande échelle de la technologie solaire, notamment en optimisant l’efficacité et la stabilité des cellules solaires tandem pérovskite-silicium. Si cette technologie parvient à se démocratiser, elle pourrait transformer la manière dont l’énergie solaire est produite et utilisée, rendant les panneaux solaires plus efficaces et abordables pour un usage commercial généralisé.

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Collaboration internationale et implications

La recherche, publiée dans Nature Communications, a impliqué des scientifiques de l’UESTC, de l’Université de Guangzhou, de l’Université Jiliang de Chine et de l’Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP) en France. Cette collaboration internationale souligne l’importance de l’effort collectif pour résoudre les défis mondiaux liés à l’énergie.

Le développement de technologies solaires avancées nécessite non seulement une expertise technique, mais aussi une coopération internationale pour partager les connaissances et les ressources. Cette approche collaborative pourrait accélérer l’adoption de technologies solaires avancées à l’échelle mondiale, contribuant ainsi à un avenir énergétique plus durable.

Alors que le monde cherche des solutions pour réduire sa dépendance aux combustibles fossiles, les innovations dans le domaine de l’énergie solaire, comme celles de la technologie à pérovskite, deviennent de plus en plus cruciales. Ce projet montre comment la science et l’innovation peuvent s’unir pour créer des solutions viables aux défis énergétiques mondiaux.

Avec une efficacité accrue et une meilleure stabilité, ces avancées dans la technologie solaire à pérovskite pourraient bien changer la donne dans le secteur de l’énergie renouvelable. Quelle sera la prochaine étape dans l’évolution de ces technologies, et comment influenceront-elles notre transition vers une énergie plus propre ?