Alors que les cellules solaires à pérovskite établissent des records d'efficacité et que la technologie naissante devient plus stable, un autre défi majeur demeure :la question de l'évolutivité, selon des chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du ministère de l'Énergie.

"C'est évolutif, " dit Kai Zhu, chercheur en science des matériaux au NREL. « Nous avons juste besoin de démontrer l'efficacité et le rendement à grande échelle pour déplacer la technologie au-delà du laboratoire. »

Auteur principal d'un nouvel article sur Nature Reviews Materials intitulé, "Fabrication évolutive de cellules solaires pérovskites, " Zhu et ses collègues du NREL ont passé en revue les efforts déployés pour déplacer les pérovskites du laboratoire vers le toit. Zhen Li, Talysa Klein, Dong Hoe Kim, Mengjin Yang, Joseph Berry, et Maikel van Hest sont les co-auteurs.

La plupart des panneaux solaires sur le marché aujourd'hui sont en silicium, mais les cellules solaires à pérovskite ont le potentiel d'accélérer la croissance de la fabrication photovoltaïque (PV) aux États-Unis, car elles sont beaucoup moins chères à fabriquer et ont montré un potentiel de performance en laboratoire. Les pérovskites ont atteint des niveaux d'efficacité record plus rapidement que toute autre technologie de cellules solaires, le record actuel, certifié l'été dernier, s'établissant désormais à 22,7 %. Mais l'efficacité d'une cellule solaire à pérovskite diminue à mesure que la surface de la cellule et du module augmente. Une combinaison de facteurs est attribuée au déclin, y compris le revêtement non uniforme de produits chimiques dans la cellule. Aussi, lorsque tout type de cellules solaires est assemblé pour créer des modules, des zones inactives se forment entre les cellules où la lumière du soleil n'est pas convertie en électricité, entraînant des baisses d'efficacité.

Pour fabriquer une cellule solaire pérovskite en laboratoire, les scientifiques déposent des produits chimiques sur un substrat. Le matériau pérovskite se forme au fur et à mesure que les produits chimiques cristallisent. La méthode de dépôt la plus couramment utilisée en laboratoire, appelé revêtement par centrifugation, produit des appareils avec la plus grande efficacité, mais le processus gaspille plus de 90 pour cent des produits chimiques utilisés, l'encre dite pérovskite. Le revêtement par rotation fonctionne également mieux sur les cellules de moins de quatre pouces carrés, mais il n'y a pas de moyen facile de permettre à cette technologie d'être utilisée sur une plus grande surface.

Les chercheurs du NREL ont examiné des méthodes de dépôt évolutives potentielles, comprenant:

• Revêtement de la lame, qui utilise une lame pour étaler la solution chimique sur les substrats pour former des films minces humides. Le procédé peut être adapté à la fabrication roll-to-roll, avec des substrats flexibles se déplaçant sur un rouleau sous une lame fixe similaire à la façon dont les journaux sont imprimés. Le revêtement de la lame gaspille moins d'encre que le revêtement par centrifugation.
• Revêtement à fente, qui repose sur un réservoir pour fournir l'encre précurseur afin d'appliquer de l'encre sur le substrat. Le processus n'a pas été aussi bien exploré que d'autres méthodes et a jusqu'à présent démontré une efficacité inférieure à celle du revêtement de la lame. Mais la reproductibilité du revêtement à fente est meilleure que le revêtement à lame lorsque l'encre est bien développée, ceci est donc plus applicable pour la fabrication de rouleau à rouleau.
• Impression jet d'encre, qui utilise une petite buse pour disperser l'encre précurseur. Le processus a été utilisé pour fabriquer des cellules solaires à petite échelle, mais s'il convient au volume élevé, la production sur de grandes surfaces dépendra de la vitesse d'impression et de la structure de l'appareil.

D'autres méthodes existent, comme l'électrodéposition, mais il n'y a eu aucun rapport selon lequel cela aurait été utilisé pour effectuer un dépôt direct de pérovskites aux halogénures dans des cellules solaires à pérovskite.

Malgré de nombreux défis, des progrès impressionnants sont réalisés vers l'augmentation de la production de ces cellules solaires, les chercheurs du NREL ont noté dans le document. Le nouveau document décrit la recherche qui doit être abordée pour étendre la technologie. Un domaine en particulier qui nécessite plus d'attention est l'architecture idéale d'un module solaire en pérovskite.

Plusieurs études ont estimé que les cellules solaires à pérovskite pourraient produire de l'électricité à moindre coût que les autres technologies photovoltaïques, bien que ces chiffres soient basés sur des recherches hypothétiques. Mais une conclusion qui peut être tirée des études est que les coûts d'entrée les plus élevés pour les modules de pérovskite proviendront des substrats et des matériaux d'électrode, ce qui indique un éventail de possibilités d'innovation dans ces domaines.