Là pérovskite – dont le nom dérive du minéralogiste russe Lev Alekseevich Perovsky – est un minéral cristallin composé de titanat du football (CaTiO3) et est considéré comme un candidat innovant pour remplacer le silicium comme composant principal des cellules solaires en raison de ses propriétés uniques. L'avantage des pérovskites par rapport au silicium réside dans leur propriété physique d'absorber le rayonnement solaire : par rapport à une cellule au silicium ordinaire, une cellule en pérovskite est capable de réagir à un gamme de fréquences beaucoup plus large par rapport à la lumière visible seule, convertissant beaucoup plus d’énergie solaire en énergie électrique. En plus d'être plus efficaces, les cellules solaires à pérovskite (qui en sont encore au stade expérimental) sont également plus légères et plus flexibles que celles en silicium, et peuvent être transparentce qui permettrait la création de panneaux photovoltaïques dans le futur intégré au verre des fenêtres et en général sur toute surface extérieure. Cependant, il faut d'abord résoudre certains problèmes de durabilité et de stabilité, ainsi qu'éviter le risque de dégagement de plomb.
Qu'est-ce que la pérovskite et où la trouve-t-on
Précisons tout de suite un point : la pérovskite est un terme beaucoup utilisé pour minéral cristallin ci-dessus pour indiquer des structures cristallines similaires à celle dont ce dernier est composé mais constituées de matériaux différents. Un peu comme « ballon »: c'est à la fois un jeu dont de nombreux Italiens sont friands, et le nom que nous donnons à pratiquement n'importe quel objet sphérique qui peut être frappé et roulé. Lorsque nous parlons de cellules solaires à pérovskite, nous ne parlons donc pas nécessairement de cellules constituées de ce minéral, mais de cellules constituées de différents matériaux qui imitent la structure cristalline particulière de ce minéral.
Les gisements de pérovskite se trouvent principalement aux États-Unis, en Australie et au Brésil, mais aussi en Europe (Allemagne, France, Autriche, Suisse et en Italie dans le Latium et en Campanie). Le minéral se trouve généralement dans les roches métamorphiques de contact et est également présent dans des types particuliers de météorites (chondrites).
De quoi est-il composé et quelle est sa structure
La « vraie » pérovskite est composée de football, titane Et oxygène et a la formule brute CaTiO3. Une structure pérovskite est tout matériau qui a la même formule brute que la vraie pérovskite (c'est-à-dire qu'il est constitué d'une unité fondamentale composée de cinq atomes au total, de trois natures différentes) et conserve la même structure cristallographique que cette dernière. La façon la plus simple de décrire ce dernier est d’imaginer un cube avec des atomes de titane aux coins, des atomes d’oxygène au milieu des bords et un atome de calcium au centre, comme dans la figure ci-dessous.
Pourquoi la pérovskite est utilisée pour construire des panneaux photovoltaïques : les propriétés
Comme les atomes ou les molécules qui occupent les positions décrites ci-dessus varient, les pérovskites peuvent en réalité avoir une variété impressionnante de propriétés, tant du point de vue de la recherche fondamentale que de l'ingénierie. Allant des piles à combustible à la supraconductivité, de la magnétorésistance géante aux applications en spintronique, la famille des pérovskites se prête à de nombreuses applications.
À ce jour, l'application la plus importante de la pérovskite se situe dans cellules solaires, et les pérovskites sont largement reconnus comme extrêmement prometteurs pour la fabrication de systèmes photovoltaïques commerciaux à haut rendement. C’est pour cette raison que le monde académique a accordé une attention et des efforts particuliers à la pérovskite depuis l’aube de ses applications. Les cellules photovoltaïques en pérovskite font encore aujourd'hui l'objet de recherches et d'améliorations continues : il suffit de penser que le rendement des cellules solaires expérimentales constituées de ce matériau est passé de seulement 2 % en 2016 à 29,8 % en 2021, dépassant l'efficacité maximale jamais atteint par les cellules solaires au silicium à jonction unique. Depuis 2016, les cellules solaires à pérovskite représentent le technologie solaire qui se développe le plus rapidement sur la planète et certains experts prédisent que le marché photovoltaïque à base de pérovskite atteindra 214 millions de dollars en 2025 à l'échelle mondiale.
Quels sont le potentiel et les limites des cellules solaires à pérovskite
Les cellules solaires à pérovskite, au-delà de leurs avantages en termes d'efficacité, offrent un large éventail de caractéristiques intéressantes, notamment leur flexibilité, leur légèreté et leur semi-transparence: c'est cette dernière propriété qui a poussé le géant japonais Panasonic se fixer pour objectif de commercialiser des panneaux en pérovskite dans les cinq prochaines années, de créer ce qu'on appelle communément du photovoltaïque intégré aux bâtiments (BIPV, Photovoltaïque intégré au bâtiment). Un panneau solaire intégré au verre architectural, une fenêtre capable de générer de l'énergie !
Le rêve de la multinationale japonaise de haute technologie est de transformer le fenêtres et murs des bâtiments dans les « centrales électriques ». Et la société japonaise a déjà développé panneaux de verre gradués de pérovskite avec une transparence variant entre 20% et 40%. Cette technologie pourrait contribuer à lutter contre le changement climatique, notamment pour tous les pays géographiquement incapables d’installer de grands parcs photovoltaïques.
Il faut toutefois rappeler que cette technologie elle n'est pas encore prête fait ses débuts commerciaux : les cellules solaires à pérovskite devront surmonter plusieurs défis techniques et d'ingénierie avant de connaître un réel succès sur le marché. Les principaux problèmes à ce jour concernent vie cellulaire et stabilitéet le risque que de tels appareils puissent libérer le fil (élément hautement toxique pour les espèces vivantes) dans le milieu environnant.