Panneau solaire en pérovskite : c'est quoi ?

Publié le : 12/10/2022

Sommaire

    Connaissez vous le pérovskite ? Il s’agit d’un minéral particulièrement répandu sur Terre : il est même considéré comme étant le minéral le plus abondant du manteau terrestre ! Disposant de propriétés d’absorption de la lumière très intéressantes, l’industrie du photovoltaïque développe peu à peu son usage en matière de production d’électricité. Mais qu’est-ce qu’un panneau solaire en pérovskite ? Mon Kit Solaire revient sur un matériau capable de transformer la filière photovoltaïque.

    1. C'est quoi un panneau solaire pérovskite ? 

    Avant de nous intéresser au panneau solaire en pérovskite, apprenons-en plus à propos de ce minéral. 

    Découverte dans les années 1830, l’existence des pérovskites n’a bouleversé le monde de la science que 180 ans plus tard. Ce n’est en effet qu’en 2010 que Tsutomu Miyasaka a mis en lumière son potentiel dans l’industrie photovoltaïque. Grâce à ces recherches, des ingénieurs ont pu fabriquer des cellules photovoltaïques à base de pérovskite et ont constaté que ces dernières démontrent un rendement supérieur aux cellules à base de silicium.

    Le pérovskite est en effet un meilleur conducteur d’électricité : les électrons sont transportés plus efficacement, ce qui lui donne un avantage par rapport au silicium.

    BON À SAVOIR

    Les cellules photovoltaïques sont le composant central des panneaux solaires. Ce sont elles qui captent les rayons du soleil et transforment cette énergie brute en électricité à l’aide d’un matériau semi-conducteur. Il s’agit de l’effet photovoltaïque. Dans la majorité des cas, le silicium fait office de semi-conducteur. Toutefois, compte-tenu de ses propriétés photovoltaïques, le pérovskite pourrait devenir le semi-conducteur privilégié dans les années à venir.

    photo d'un morceau de pérovskite

    2. Comment fonctionne un panneau solaire pérovskite ?

    Le fonctionnement d’un panneau solaire en pérovskite est le même que celui d’un panneau solaire à base de silicium : il capte la lumière solaire et la transforment en énergie électrique continue grâce au matériau semi-conducteur. 

    Cette électricité continue est ensuite convertie en électricité alternative par un onduleur ou des micro-onduleurs, de sorte qu’elle puisse être utilisée par tous les appareils électriques de la maison : 

    • chauffage et production d’eau chaude sanitaire ;
    • éclairage ;
    • électroménager ; 
    • appareils de loisir…

    La différence notable tient dans leur rendements respectifs : quand, en laboratoire, les panneaux à base de silicium affichent un rendement de 20% en moyenne, les panneaux à base de pérovskite atteindraient un rendement dépassant 25% jusqu’à 30%. Rappelons que le rendement est la quantité d’électricité produite par mètre carré de panneau photovoltaïque.

    3. Est-ce une révolution dans le monde du panneau solaire ?

    Les panneaux solaires à la pérovskite pourraient bien bouleverser l’industrie du photovoltaïque. 

    Outre que ce minéral présente une conductivité plus importante que le silicium, il est également beaucoup plus abondant sur Terre. Par ailleurs, il est moins fragile que le silicium : alors que ce dernier requiert une attention de tous les instants lors du processus de production des panneaux solaires, afin de conserver ses propriétés conductrices, les pérovskites simplifient la fabrication : ils n’ont pas besoin d’être parfait pour fonctionner. 

    Ainsi, avec les pérovskites, l’industrie pourrait bénéficier d’un matériau dont les coûts d’extraction sont faibles, qui réduirait les temps et les coûts de fabrication des panneaux solaires, lesquels présenteraient in fine une production d’électricité supérieure à la moyenne actuelle… Tous ces éléments convergent vers une même conclusion : les panneaux à base de cellules photovoltaïques à pérovskite pourraient révolutionner le monde du panneau solaire.

    4. Quelles différences entre un panneau solaire pérovskite et un panneau standard ?

    Comme nous l’évoquions dans le point précédent, le panneau à base de cellules photovoltaïques à pérovskite se distingue du panneau solaire au silicium sur deux aspects : leurs rendements et leurs prix.

    Selon les études menées en laboratoire, les panneaux monocristallin en silicium atteignent rarement des rendements équivalents à 25%. Ce rendement est inférieur lorsqu’il s’agit de panneaux polycristallins. De leur côté, les panneaux à base de cellules photovoltaïques pérovskite pourraient, au maximum, frôler les 30% de rendement, soit des performances plus élevées en moyenne.

    Le prix de fabrication, et donc à termes de commercialisation, est également un point différenciant les deux solutions. Moins longues à produire, les cellules perovskites nécessitent également moins de soin à la fabrication : deux éléments qui expliquent qu’elles sont beaucoup moins chères qu’un module solaire à base de silicium.

    Le pérovskite et son implication dans la conception de panneau solaire

    Les avantages du panneau solaire pérovskite

    Les avantages des cellules solaires pérovskite se situent à plusieurs niveaux. 

    D’abord, l’abondance du matériau et la facilité de production des panneaux photovoltaïques à base de perovskite réduisent le coût de fabrication. Ceci aura une incidence sur le prix de vente des panneaux et sur la démocratisation des panneaux solaires en toiture : le prix, en baissant, favorise l’équipement de ménages jusque-là bloqués par le coût de l’investissement. 

    Parallèlement, avec l’augmentation des taux de rendement, les foyers équipés pourront disposer d’une meilleure autonomie : non seulement ils feront des économies financières, mais ils pourront également soulager le réseau électrique national. 

    Par ailleurs, la nature des pérovskites (souples et transparents) peut laisser suggérer d’autres applications que les panneaux solaires : fenêtres, toitures, vérandas pourraient à terme devenir des sources de production d’énergie solaire.

    Globalement, avec un recours plus systématique à l’énergie du soleil, 100% accessible et renouvelable, les panneaux solaires pérovskite pourraient contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

    Les inconvénients du panneau solaire pérovskite

    Bien que les panneaux solaires pérovskite démontrent de nombreux avantages, ils ont des inconvénients notables : 

    Les cellules photovoltaïques pérovskite sont encore instables et subissent un vieillissement prématuré : du fait de cette faible durabilité, les panneaux ne peuvent pas être commercialisés ;

    Elles contiennent du plomb, un matériau très nocif pour l’environnement et la santé humaine. En cas de fuite, le plomb peut se répandre dans l’air ou dans l’eau et engendrer une situation complexe au niveau sanitaire. Tant que le risque ne peut pas être écarté, les autorités sanitaires ne donneront pas leur accord de commercialisation.

    Avantages et inconvénients des panneaux solaires pérovskite, ce qu’il faut retenir :

    Tableau récapitulatif avantages et inconvénients

    AVANTAGES INCONVÉNIENTS
    Abondance du matériau dans le manteau de la Terre : des coûts d’extraction limités Présence de plomb dans les cellules photovoltaïques pérovskite
    Facilité de production des panneaux à base de pérovskite : des coûts de fabrication moindres Problèmes de stabilité et de vieillissement des panneaux
    Une meilleure conductivité : de meilleurs rendements que les panneaux en silicium -
    Une plus grande accessibilité financière pour les consommateurs : développement de la production de l’énergie solaire en France -
    Des applications multiples : vitrage par exemple -

    6. Quand verra-t-on un panneau solaire pérovskite sur le marché ?

    Même si une équipe de l’université de Princeton (États-Unis) est à l’origine d’une cellule solaire à base de pérovskite capable de fonctionner pendant environ 30 ans, cette technologie reste en développement et n’en est pas encore au stade de la commercialisation.

    Nouveau concept de création de panneau solaire à base de pérovskite

    Certains avancent que les panneaux dont les cellules sont à base de pérovskite pourraient être commercialisés d’ici 2025 ou 2030, notamment dans le cadre de panneaux tandem (c’est-à-dire cumulant la performance énergétique du pérovskite et la stabilité du silicium).

    En tout état de cause, les chercheurs continuent d’investir ce domaine : l’enjeu est de pouvoir proposer aux ménages des panneaux solaires à des prix d’achat bien inférieurs à ceux constatés actuellement pour des panneaux au silicium.

    7. Conclusion

    Le pérovskite fait donc partie des innovations les plus prometteuses dans le domaine du photovoltaïque, même si la science doit encore trouver des réponses à certaines contraintes avant que les panneaux solaires pérovskite ne puissent être commercialisés. À terme, il pourrait toutefois permettre la démocratisation des panneaux solaires vers des publics aujourd’hui rebutés par les prix d’achat. Il pourrait aussi convaincre les personnes les plus sceptiques avec ses rendements plus importants. Enfin, il pourrait grandement participer au développement des énergies renouvelables et à la baisse des émissions de CO2.

    8. Questions fréquentes sur les hangars photovoltaïques

    Quelles sont les perspectives concernant les panneaux solaires pérovskite ?

    Outre que cette nouvelle technologie de panneaux solaires pourrait démocratiser le recours à une énergie durable, le pérovskite pourrait également élargir le nombre de “surfaces solaires”. Comme il s’agit d’un matériau souple et transparent, il pourrait en effet s’adapter à des surfaces telles que les murs ou les ouvertures vitrées d’une habitation. Dans quelques années, l'ensemble des “fenêtres” pourrait ainsi être des panneaux solaires transparents et servir à la production d’électricité au lieu d’être en verre !

    Qu’est-ce que la technologie des panneaux tandem ?

    Actuellement, la commercialisation des panneaux solaires pérovskite n’est pas envisageable avec le matériau seul. C’est pourquoi, certains chercheurs travaillent sur des prototypes cumulant les deux matériaux semi-conducteurs : le silicium et le pérovskite. Concrètement, ces panneaux disposeraient de deux types de cellules photovoltaïques : les premières à base de pérovskite, les secondes à base de silicium. Ces dernières fonctionneraient alors en “tandem”, additionnant les avantages des deux types de cellules. L’ajout du pérovskite améliorerait ainsi le rendement, chaque cellules absorbant différentes radiations du spectre solaire. Par ailleurs, il permettrait d’abaisser le coût de production, et donc de proposer des panneaux solaires meilleurs marché. De son côté, le silicium permettrait aux panneaux de conserver leur stabilité et leur durabilité.

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