Cellules solaires à pérovskite : l’avenir des énergies renouvelables ?

La pérovskite est une classe de matériaux qui ont une structure cristalline similaire à la pérovskite minérale, découverte pour la première fois en Russie à la fin du 19e siècle. Il a été constaté que les pérovskites présentent un large éventail de propriétés intéressantes, telles que la piézoélectricité, la ferroélectricité et la semi-conductivité, ce qui les rend utiles pour diverses applications. Ces dernières années, les pérovskites ont attiré une attention considérable dans le domaine du photovoltaïque en raison de leur puissance élevée. efficacité de conversion (PCE) et faibles coûts de production. Il a été démontré que les cellules solaires à pérovskite (PSC) atteignent des PCE supérieurs à 25 %, ce qui est comparable, voire supérieur, à celui des cellules solaires traditionnelles à base de silicium. De plus, les pérovskites peuvent être facilement synthétisées à l’aide de méthodes basées sur des solutions, ce qui en fait un candidat prometteur pour une production à grande échelle.
Les matériaux pérovskites ont également été explorés pour d’autres applications telles que les LED, les lasers et les capteurs. Cependant, de nombreux défis doivent encore être relevés avant que les pérovskites puissent être largement utilisées dans ces applications, tels que la stabilité et l'évolutivité.
Quels sont les avantages de l'utilisation de cellules solaires à pérovskite ?
L'utilisation de cellules solaires à pérovskite (PSC) présente plusieurs avantages. par rapport aux cellules solaires traditionnelles à base de silicium :
1. Efficacité de conversion de puissance élevée (PCE) : il a été démontré que les PSC atteignent des PCE supérieurs à 25 %, ce qui est comparable, voire supérieur, à celui des cellules solaires traditionnelles à base de silicium.
2. Faibles coûts de production : les pérovskites peuvent être facilement synthétisées à l’aide de méthodes basées sur des solutions, ce qui en fait un candidat prometteur pour une production à grande échelle.
3. Substrats flexibles : les PSC peuvent être fabriqués sur des substrats flexibles, ce qui permet le développement de panneaux solaires flexibles et légers.
4. Tension en circuit ouvert élevée (Voc) : il a été démontré que les PSC atteignent des valeurs Voc élevées, ce qui est bénéfique pour augmenter l'efficacité de la cellule solaire.
5. Faible dégradation induite par la lumière : les PSC se sont révélés moins sensibles à la dégradation induite par la lumière que les cellules solaires traditionnelles à base de silicium.
6. Mobilité élevée des porteurs de charge : les pérovskites ont une mobilité élevée des porteurs de charge, ce qui permet un transport rapide des électrons et une efficacité de conversion de puissance élevée.
7. Fabrication évolutive : les matériaux pérovskites peuvent être facilement synthétisés à l’aide de méthodes basées sur des solutions, ce qui en fait un candidat prometteur pour une production à grande échelle.
8. Stabilité thermique élevée : les PSC se sont révélés stables à des températures élevées, ce qui est important pour les applications extérieures.
9. Faible coût des matières premières : Les matières premières utilisées pour fabriquer les pérovskites sont relativement peu coûteuses et abondantes, ce qui pourrait entraîner une baisse des coûts de production.
10. Potentiel des cellules solaires en tandem : les PSC peuvent être facilement intégrés dans des cellules solaires en tandem, ce qui pourrait conduire à une efficacité et à de meilleures performances encore plus élevées.
Quels sont les défis liés à l'utilisation de cellules solaires à pérovskite ?
Malgré les nombreux avantages de l'utilisation de cellules solaires à pérovskite (PSC), il reste encore plusieurs défis à relever avant de pouvoir être largement adoptés :
1. Stabilité : les CSP en sont encore aux premiers stades de développement et leur stabilité sous une exposition à long terme à la lumière et à la chaleur reste une préoccupation.
2. Évolutivité : Bien que les pérovskites puissent être facilement synthétisées à l'aide de méthodes basées sur des solutions, l'augmentation du processus de production pour répondre aux exigences de la fabrication de cellules solaires à grande échelle reste un défi.
3. Uniformité du matériau : L'uniformité du matériau pérovskite est cruciale pour une efficacité et une stabilité élevées, mais atteindre l'uniformité peut être difficile.
4. Problèmes d'interface : les interfaces entre la couche de pérovskite et les autres couches de la cellule solaire peuvent être sujettes à des défauts et à des recombinaisons, ce qui peut entraîner des pertes d'efficacité.
5. Hygroscopique : les pérovskites sont sensibles à l'humidité, ce qui peut entraîner une dégradation et une stabilité réduite.
6. Toxicité : Certains matériaux pérovskites se sont révélés toxiques, ce qui pourrait présenter des risques pour l'environnement et la santé pendant la production et l'élimination.
7. Coût élevé des matières premières : Bien que les matières premières utilisées pour fabriquer les pérovskites soient relativement peu coûteuses, le coût élevé d'autres composants tels que les électrodes et les substrats peut encore rendre les PSC plus chères que les cellules solaires traditionnelles.
8. Compréhension limitée de la physique : la compréhension de la physique derrière les cellules solaires à pérovskite est encore limitée, ce qui rend difficile l'optimisation de leurs performances et de leur stabilité.
9. Difficulté à atteindre l'uniformité : L'uniformité du matériau pérovskite est cruciale pour une efficacité et une stabilité élevées, mais atteindre l'uniformité peut être difficile.
10. Durée de conservation limitée : les PSC ont une durée de conservation limitée en raison de leur sensibilité à l'humidité et à la lumière, ce qui peut entraîner une dégradation et une stabilité réduite.
Quelles sont les applications potentielles des cellules solaires à pérovskite ?
Les cellules solaires à pérovskite (PSC) ont le potentiel de révolutionner le industrie de l'énergie solaire en raison de leur efficacité de conversion de puissance élevée (PCE), de leurs faibles coûts de production et de leurs substrats flexibles. Certaines applications potentielles des CSP comprennent :
1. Fenêtres solaires : les PSC peuvent être intégrés dans les fenêtres solaires, ce qui pourrait fournir une nouvelle source d'énergie renouvelable pour les bâtiments et les maisons.
2. Photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) : les PSC peuvent être facilement intégrés aux façades des bâtiments, fournissant ainsi une nouvelle source d'énergie renouvelable pour les bâtiments commerciaux et résidentiels.
3. Électronique portable : les PSC peuvent être utilisés pour alimenter des appareils électroniques portables tels que des montres intelligentes et des trackers de fitness.
4. Applications aérospatiales : les PSC pourraient être utilisés pour alimenter les systèmes de satellites et d’avions, fournissant ainsi une source fiable d’énergie renouvelable dans des endroits éloignés.
5. Stockage d'énergie : les PSC pourraient être utilisés pour stocker de l'énergie sous forme d'électricité, qui pourrait être utilisée pour alimenter les maisons et les entreprises pendant les périodes de faible ensoleillement ou lorsque le réseau est en panne.
6. Dispositifs médicaux : les PSC pourraient être utilisés pour alimenter des dispositifs médicaux tels que des stimulateurs cardiaques et des pompes à insuline, fournissant ainsi une source fiable d'énergie renouvelable pour les patients.
7. Applications agricoles : les PSC pourraient être utilisés pour alimenter des systèmes agricoles tels que les systèmes d’irrigation et les serres, fournissant ainsi une source fiable d’énergie renouvelable pour les agriculteurs.
8. Secours en cas de catastrophe : les PSC pourraient être utilisés pour fournir une alimentation de secours lors de catastrophes naturelles ou de pannes de réseau, fournissant ainsi une source fiable d'énergie renouvelable pour les premiers intervenants et les secouristes.
9. Exploration spatiale : les PSC pourraient être utilisés pour alimenter des engins spatiaux et d’autres systèmes spatiaux, fournissant ainsi une source fiable d’énergie renouvelable pour les missions dans l’espace lointain.
10. Surveillance environnementale : les PSC pourraient être utilisés pour alimenter des systèmes de surveillance environnementale tels que des capteurs de qualité de l'air et des capteurs de qualité de l'eau, fournissant ainsi une source fiable d'énergie renouvelable pour les applications de surveillance à distance.