— Gyuszko-Photo / Shutterstock.com

Des chercheurs allemands ont récemment dévoilé une cellule solaire hybride atteignant un rendement record. Combinant pérovskite et silicium, l’approche promet de propulser l’industrie vers de nouveaux sommets.

Des cellules hybrides moins coûteuses et beaucoup plus performantes

Cristal connu des scientifiques depuis plus d’un siècle, la pérovskite n’a été intégrée aux cellules solaires qu’en 2009. Depuis, les dispositifs l’utilisant n’ont cessé de progresser, avec une efficacité nominale en laboratoire passée de 3,8 % à près de 20 %. Dans le cadre de travaux récemment présentés dans la revue Science, une équipe du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) est allée encore plus loin, en couplant de la pérovskite avec du silicium dans une cellule solaire hybride affichant un rendement impressionnant de 29,15 %.

Dans une cellule solaire, lorsque les photons entrent en contact avec le matériau semi-conducteur et que leur énergie « tombe » dans sa bande interdite, un électron est alors décalé, laissant un vide dans l’atome. L’électron se déplace ensuite d’atome en atome au sein du matériau, laissant chaque fois derrière lui un trou et occupant des espaces en aval jusqu’à ce qu’il atteigne finalement une électrode et que sa charge soit transférée à un circuit. C’est à ce moment que l’électricité est produite.

La clé est de faire en sorte que les électrons se déplacent le plus longtemps possible et, grâce à ses capacités de diffusion, la pérovskite peut théoriquement produire davantage d’électricité. Sachant que les dispositifs utilisant ce matériau se révèlent moins coûteux et plus simples à produire, et possèdent également une bande interdite plus élevée que les cellules traditionnelles en silicium.

Structure schématique de la cellule solaire hybride — © Eike Koehnen / HZB

Les couches minces de pérovskite étant transparentes, celles-ci peuvent être utilisées en tandem avec le silicium au sein d’un système photovoltaïque hybride, où l’empilement de deux cellules permet de convertir une plus grande part de l’énergie solaire en électricité.

Franchir la barre symbolique des 30 % d’efficacité

Il y a plus de 50 ans, William Shockley et Hans-Joachim Queisser établissaient la limite de Shockley-Queisser, représentant le plafond d’efficacité théorique des cellules solaires à une seule couche, fixée à 30 % pour le silicium et la pérovskite seuls, et atteignant 35 % pour les cellules en tandem.

Cependant, dans le monde réel, les cellules solaires à une seule couche de silicium ou de pérovskite ne convertissent généralement pas plus de 20 % de l’énergie solaire qu’elles reçoivent. C’est pourquoi la nouvelle cellule tandem développée en Allemagne (qui utilise une composition de pérovskite avec une bande interdite de 1,68 eV) se révèle si impressionnante, avec son rendement de près de 30 %, soit à peine 5 % de moins que la limite théorique absolue.

Bien que la cellule solaire récemment testée en laboratoire par les chercheurs allemands ne mesure qu’1 cm², l’équipe précise qu’il sera facile d’augmenter cette surface. Dans les mois qui viennent, elle entend franchir la barre symbolique des 30 % d’efficacité.

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