211service.com
Un matériau qui pourrait rendre la saleté de l'énergie solaire bon marché
Un nouveau type de cellule solaire, fabriqué à partir d'un matériau qui est considérablement moins cher à obtenir et à utiliser que le silicium, pourrait générer autant d'énergie que les cellules solaires de base d'aujourd'hui.
Bien que le potentiel du matériau commence tout juste à être compris, il a attiré l'attention des plus grands chercheurs mondiaux dans le domaine solaire et plusieurs entreprises travaillent déjà à sa commercialisation.
Les chercheurs qui développent la technologie disent qu'elle pourrait conduire à des panneaux solaires qui ne coûtent que 10 à 20 cents le watt. Les panneaux solaires coûtent désormais généralement environ 75 cents le watt, et le département américain de l'Énergie affirme que 50 cents le watt permettront à l'énergie solaire de concurrencer les combustibles fossiles.
Dans le passé, les chercheurs solaires étaient divisés en deux camps dans leur quête d'une énergie solaire moins chère. Certains ont cherché des cellules solaires qui peuvent être fabriquées à très bas prix mais qui ont l'inconvénient d'être relativement inefficaces. Dernièrement, de plus en plus de chercheurs se sont concentrés sur le développement de cellules à très haut rendement, même si elles nécessitent des techniques de fabrication plus coûteuses.
Le nouveau matériau peut permettre d'obtenir le meilleur des deux mondes : des cellules solaires très efficaces mais aussi peu coûteuses à fabriquer.
L'un des meilleurs chercheurs solaires au monde, Martin Vert de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud, en Australie, affirme que les progrès rapides ont été surprenants. Les cellules solaires qui utilisent ce matériau peuvent être fabriquées avec une technologie très simple et potentiellement très bon marché, et l'efficacité augmente considérablement, dit-il.
Les pérovskites sont connues depuis plus d'un siècle, mais personne n'a pensé à les essayer dans des cellules solaires jusqu'à relativement récemment. Le matériau particulier que les chercheurs utilisent est très efficace pour absorber la lumière. Alors que les panneaux solaires en silicium conventionnels utilisent des matériaux d'environ 180 micromètres d'épaisseur, les nouvelles cellules solaires utilisent moins d'un micromètre de matériau pour capter la même quantité de lumière solaire. Le pigment est un semi-conducteur qui est également bon pour transporter la charge électrique créée lorsque la lumière le frappe.
Le matériau est très bon marché, explique Michael Grätzel, célèbre dans l'industrie solaire pour avoir inventé un type de cellule solaire qui porte son nom. Son groupe a produit les cellules solaires à pérovskite les plus efficaces à ce jour : elles convertissent 15 % de l'énergie solaire en électricité, bien plus que les autres cellules solaires bon marché. Sur la base de ses performances jusqu'à présent et de ses propriétés connues de conversion de la lumière, les chercheurs affirment que son efficacité pourrait facilement atteindre 20 à 25 %, ce qui est aussi bon que les efficacités record (généralement atteintes en laboratoire) des types les plus courants. des cellules solaires aujourd'hui. L'efficacité des cellules solaires produites en série peut être inférieure. Mais il est logique de comparer les efficacités de laboratoire des cellules de pérovskite avec les enregistrements de laboratoire pour d'autres matériaux. Grätzel dit que la pérovskite dans les cellules solaires s'avérera probablement être un matériau tolérant qui conserve une efficacité élevée dans la production de masse, car les processus de fabrication sont simples.
Les cellules solaires à pérovskite peuvent être fabriquées en étalant le pigment sur une feuille de verre ou de métal, ainsi que quelques autres couches de matériau qui facilitent le mouvement des électrons à travers la cellule. Ce ne sont pas tout à fait les cellules solaires vaporisées que certaines personnes ont envisagées - un idéal de science-fiction pour convertir instantanément n'importe quelle surface en une surface pouvant générer de l'électricité - mais le processus est si simple qu'il s'en rapproche. Il est hautement improbable que quiconque puisse un jour acheter un pot de « peinture solaire », mais toutes les couches de la cellule solaire peuvent être fabriquées aussi facilement que de peindre une surface, explique Henry Snaith, physicien à l'Université d'Oxford, qui , en collaboration avec des chercheurs en Asie, a affiché certains des meilleurs rendements pour le nouveau type de cellule solaire.
Lorsque les pérovskites ont été essayées pour la première fois dans les cellules solaires en 2009, les rendements étaient faibles : elles ne convertissaient qu'environ 3,5 % de l'énergie solaire en électricité. Les cellules n'ont pas non plus duré très longtemps, car un électrolyte liquide a dissous la pérovskite. Les chercheurs ont à peine eu le temps de les tester avant d'arrêter de travailler. Mais l'année dernière, quelques innovations techniques - des moyens de remplacer un électrolyte liquide par des matériaux solides - ont résolu ces problèmes et lancé les chercheurs dans une course pour produire des cellules solaires toujours plus efficaces.
Entre 2009 et 2012, il n'y avait qu'un seul article. Puis, à la fin de l'été 2012, tout a commencé, dit Snaith. Les efficacités ont rapidement doublé, puis doublé à nouveau. Et l'efficacité devrait continuer à augmenter à mesure que les chercheurs appliquent des techniques qui ont fait leurs preuves pour améliorer l'efficacité d'autres cellules solaires.
Snaith travaille à commercialiser la technologie via une startup appelée Oxford Photovoltaics, qui a levé 4,4 millions de dollars. Grätzel, dont la technologie d'origine des cellules solaires est désormais utilisée dans des produits de consommation tels que les sacs à dos et les housses pour iPad, octroie une licence pour la nouvelle technologie à des entreprises qui ont pour objectif d'utiliser des panneaux solaires conventionnels en silicium pour la production d'énergie solaire à grande échelle.
Comme tout autre nouvel entrant sur le marché très concurrentiel des panneaux solaires, les pérovskites auront du mal à affronter les cellules solaires au silicium. Les coûts des cellules solaires au silicium sont en baisse, et certains analystes pensent qu'ils pourraient éventuellement tomber jusqu'à 25 cents le watt, ce qui éliminerait la plupart des avantages de coût des pérovskites et réduirait l'incitation à investir dans la nouvelle technologie. Le processus de fabrication des cellules solaires à pérovskite - qui peut être aussi simple que d'étaler un liquide sur une surface ou peut impliquer un dépôt en phase vapeur, un autre processus de fabrication à grande échelle - devrait être facile. Mais historiquement, il a fallu plus d'une décennie pour développer de nouvelles technologies de cellules solaires, et dans une décennie, les cellules solaires en silicium pourraient être trop loin pour être rattrapées.
Green dit qu'une opportunité pourrait être d'utiliser des pérovskites pour augmenter plutôt que remplacer les cellules solaires au silicium. Il pourrait être possible de peindre des pérovskites sur des cellules solaires au silicium conventionnelles pour améliorer leur efficacité et ainsi réduire le coût global par watt des cellules solaires. Cela pourrait être un moyen plus facile de pénétrer le marché solaire que d'essayer d'introduire un tout nouveau type de cellule solaire.
Un défi peut être le fait que le matériau contient une petite quantité de plomb, qui est toxique. Des tests seront nécessaires pour montrer à quel point il est toxique dans le cadre du matériau pérovskite. Des mesures peuvent également être prises pour garantir que les cellules solaires sont collectées et recyclées afin d'éviter que les matériaux ne pénètrent dans l'environnement - l'approche poursuivie maintenant avec les batteries de démarrage au plomb utilisées dans les voitures. Il peut également être possible de substituer de l'étain ou un autre élément au plomb dans les cellules.