Pérovskites, ce terme un peu « barbare » dérivé du nom d’un minéralogiste russe du XIXe siècle, Lev Perovski, n’est pas encore connu du public. Mais dans les labos du monde entier les chercheurs s’activent fébrilement autour de cette famille de cristaux qui promettent de révolutionner la conversion de l’énergie solaire en électricité.

A l’origine la pérovskite est un cristal composé de calcium, de titane et d’oxygène. Toutefois le terme est maintenant utilisé pour désigner d’autres composés chimiques dont la structure est identique. Il y a une dizaine d’années ces matériaux, utilisés alors pour fabriquer certains composants électroniques, sont soudainement apparus comme candidats potentiels au remplacement des coûteuses cellules en silicium dans les panneaux solaires. L’espoir était surtout fondé sur le coût des cellules en pérovskites, nettement inférieur à celles qui sont fabriquées avec des cristaux de silicium et qui équipent actuellement la plupart des installations photovoltaïques.

Bien qu’il soit l’élément le plus abondant dans la croute terrestre après l’oxygène, le silicium n’est en effet pas utilisable tel quel dans les cellules solaires. On le trouve avant tout sous sa forme oxydée, la silice (SiO2), dans le sable et dans d‘autres roches. Pour le purifier, il faut le porter à haute température (près de 3000°C) par un procédé très énergivore et coûteux qui plombe malheureusement le bilan carbone des panneaux.

Les premières cellules à base de pérovskites élaborées par Tsutomu Miyasaka à l’Université de Tokyo convertissaient en électricité moins de 4 % de l’énergie de la lumière incidente, contre 20% pour les cellules en silicium polycristallin, et 25% pour celles en silicium monocristallin. Mais depuis lors les progrès réalisés par des équipes de chercheurs du monde entier ont été fulgurants. En 2016 déjà, certains labos avaient réussi à porter l’efficacité de cellules en pérovskites à plus de 22 %, soit un rendement équivalent à celui des cellules en silicium. Cette avancée en faisait la technologie solaire dont le développement a été le plus rapide de l’histoire.

Le matériau photovoltaïque idéal bon marché et aussi efficace que le silicium n’était pas encore inventé pour autant. Comme souvent, il y avait  un revers à la médaille : les cellules en pérovskites sont sensibles à la chaleur, à l’humidité, à l’oxygène et au rayonnement ultraviolet. Résultat : leur durée de vie ne dépassait pas quelques heures.

Les scientifiques ont alors poursuivi leurs recherches, en déposant par exemple sur la surface des cellules exposées à la lumière un film anti-UV et en recouvrant l’autre face d’une protection contre l’humidité et l’oxygène. Certaines équipes progressent en empilant plusieurs couches de pérovskites ou en dopant les cellules avec différentes molécules telles que le thiocyanate de cuivre par  exemple.  D’autres encore enrobent les cellules solaires dans un verre protecteur. L’une des voies qu’explore le projet européen GOTSolar, est ce que l’on appelle la technologie tandem qui combine le silicium et la perovskite.

Bref, il serait fastidieux de  décrire toutes les recherches en cours actuellement, mais sachez que les résultats sont au rendez-vous : ces derniers temps il ne se passe pas plusieurs semaines sans qu’une équipe n’annonce fièrement avoir progressé vers la mise au point d’une technologie photovoltaïque à base  de pérovkites, beaucoup moins chère que les actuelles cellules en silicium et dont la durée de vie et l’efficacité sont équivalentes. Théoriquement, le rendement des panneaux à base de pérovskite pourrait même atteindre 30 %, mais on y est pas encore.

Large éventail de possibilités et coûts rikiki

Un autre domaine de recherche concerne les technologies de fabrication des cellules à base de pérovskites. Les scientifiques planchent sur la possibilité de déposer les matériaux en couches minces sur un support flexible en PET[1] par un procédé semblable aux imprimantes à jet d’encre. Le module solaire que l’on obtient est alors quasi transparent, très flexible et offre un large éventail de possibilités. Il pourrait par exemple être intégré aux vitrages des bâtiments ou épouser des formes complexes comme les carrosseries de véhicules. Certains envisagent même d’en faire des vêtements.

La question finale est celle des coûts et de la commercialisation. Selon des estimations parues dans les médias, le prix des modules solaires à base de pérovskites serait 4 à 5 fois inférieur à celui des panneaux photovoltaïques actuels.

Quant à l’apparition de la technologie sur le marché elle pourrait bien avoir lieu cette année encore, plusieurs entreprises étant proches du lancement d’une fabrication industrielle. Ainsi, la société Saule Technologies qui travaille depuis 2014 sur les pérovskites a récemment dévoilé la signature d’un accord avec le groupe suédois Skanska pour la distribution de sa technologie. Un premier projet concret devrait être lancé en Pologne à l’automne 2018.

Si tous ces espoirs et ces promesses se réalisent, il se pourrait bien que nous soyons à l’aube d’une révolution solaire qui sonnerait définitivement le glas des énergies fossiles et du nucléaire.

[1] PET = polyéthylène téréphtalate : c’est le plastique utilisé pour fabriquer les bouteilles contenant des boissons gazeuses

Saule Technologies : impression et cristallisation de cellules pérovskites

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