Les matériaux appelés pérovskites présentent un fort potentiel pour une nouvelle génération de cellules solaires, mais ils ont eu du mal à gagner du terrain sur un marché dominé par les cellules solaires à base de silicium. Maintenant, une étude menée par des chercheurs du MIT et d'ailleurs décrit une feuille de route sur la façon dont cette technologie prometteuse pourrait passer du laboratoire à une place importante sur le marché solaire mondial.

L'analyse « technico-économique » montre qu'en partant de marchés de niche à plus forte valeur ajoutée et en s'étendant progressivement, Les fabricants de panneaux solaires pourraient éviter les coûts d'investissement initiaux très élevés qui seraient nécessaires pour rendre les panneaux à base de pérovskite directement compétitifs avec le silicium pour les installations à grande échelle dès le départ. Plutôt que de faire un investissement initial prohibitif, de centaines de millions voire de milliards de dollars, construire une usine de production à grande échelle, l'équipe a découvert qu'il était possible de commencer avec des applications plus spécialisées pour un investissement initial plus réaliste de l'ordre de 40 millions de dollars.

Les résultats sont décrits dans un article de la revue Joule par le postdoctorant du MIT Ian Mathews, chercheur Marius Peters, professeur de génie mécanique Tonio Buonassisi, et cinq autres au MIT, Collège Wellesley, et Swift Solar Inc.

Les cellules solaires à base de pérovskites, une large catégorie de composés caractérisés par un certain arrangement de leur structure moléculaire, pourraient apporter des améliorations spectaculaires aux installations solaires. Leurs matériaux constitutifs sont peu coûteux, et ils pourraient être fabriqués dans un processus rouleau à rouleau comme l'impression d'un journal, et imprimé sur un support léger et flexible. Cela pourrait réduire considérablement les coûts associés au transport et à l'installation, bien qu'ils nécessitent encore des travaux supplémentaires pour améliorer leur durabilité. D'autres nouveaux matériaux prometteurs pour les cellules solaires sont également en cours de développement dans des laboratoires du monde entier, mais aucun n'a encore fait de percée sur le marché.

« Il y a eu beaucoup de nouveaux matériaux et entreprises de cellules solaires lancés au fil des ans, " dit Mathews, "et encore, malgré que, le silicium reste le matériau dominant dans l'industrie et ce depuis des décennies."

Pourquoi est-ce le cas? "Les gens ont toujours dit que l'une des choses qui freinent les nouvelles technologies, c'est que les dépenses liées à la construction de grandes usines pour produire réellement ces systèmes à grande échelle sont tout simplement trop élevées, " dit-il. " C'est difficile pour une startup de traverser ce qu'on appelle 'la vallée de la mort, ' pour lever les dizaines de millions de dollars nécessaires pour atteindre l'échelle où cette technologie pourrait être rentable dans l'ensemble de l'industrie de l'énergie solaire."

Mais il existe une variété d'applications de cellules solaires plus spécialisées où les qualités spéciales des cellules solaires à base de pérovskite, tels que leur légèreté, la flexibilité, et un potentiel de transparence, offrirait un avantage considérable, dit Mathews. En se concentrant dans un premier temps sur ces marchés, une start-up solaire pourrait se développer progressivement, tirer parti des bénéfices des produits haut de gamme pour étendre ses capacités de production au fil du temps.

Décrivant la littérature sur les cellules solaires à base de pérovskite en cours de développement dans divers laboratoires, il dit, "Ils réclament des coûts très bas. Mais ils le réclament une fois que votre usine a atteint une certaine échelle. Et j'ai pensé, nous l'avons déjà vu :les gens prétendent qu'un nouveau matériau photovoltaïque sera moins cher que tout le reste et meilleur que tout le reste. C'est génial, sauf que nous devons avoir un plan sur la façon dont nous allons réellement mettre le matériel et la technologie à l'échelle. »

Comme point de départ, il dit, « Nous avons adopté l'approche que je n'ai vraiment vu personne d'autre adopter :modélisons en fait le coût de fabrication de ces modules en fonction de l'échelle. Donc, si vous n'avez que 10 personnes dans une petite usine, à combien devez-vous vendre vos panneaux solaires pour être rentable ? Et une fois que vous atteignez l'échelle, à quel point votre produit deviendra-t-il bon marché ?"

L'analyse a confirmé qu'essayer de se lancer directement sur le marché des installations solaires sur les toits ou solaires à grande échelle nécessiterait des investissements initiaux très importants, il dit. Mais "nous avons examiné les prix que les gens pourraient obtenir dans l'Internet des objets, ou le marché du photovoltaïque intégré au bâtiment. Les gens paient généralement un prix plus élevé sur ces marchés parce qu'il s'agit plutôt d'un produit spécialisé. Ils paieront un peu plus si votre produit est flexible ou si le module s'intègre dans une enveloppe de bâtiment. » D'autres marchés de niche potentiels incluent les dispositifs microélectroniques auto-alimentés.

De telles applications rendraient l'entrée sur le marché possible sans avoir besoin d'investissements en capital massifs. "Si vous faites cela, le montant que vous devez investir dans votre entreprise est beaucoup, beaucoup moins, de l'ordre de quelques millions de dollars au lieu de dizaines ou centaines de millions de dollars, et qui vous permet de développer plus rapidement une entreprise rentable, " il dit.

"C'est une façon pour eux de prouver leur technologie, à la fois techniquement et en construisant et en vendant un produit et en s'assurant qu'il survit sur le terrain, " Matthieu dit, "et aussi, juste pour prouver que vous pouvez fabriquer à un certain prix."

Déjà, il y a une poignée de startups qui tentent de mettre sur le marché des cellules solaires à pérovskite, fait-il remarquer, bien qu'aucun d'entre eux n'ait encore de produit réel à vendre. Les entreprises ont adopté des approches différentes, et certains semblent se lancer dans le genre d'approche de croissance étape par étape décrite par cette recherche, il dit. "L'entreprise qui a levé le plus d'argent est probablement une entreprise appelée Oxford PV, et ils regardent des cellules en tandem, " qui incorporent à la fois des cellules de silicium et de pérovskite pour améliorer l'efficacité globale. Une autre entreprise est celle lancée par Joel Jean Ph.D. '17 (qui est également co-auteur de cet article) et d'autres, appelé Swift Solar, qui travaille sur des pérovskites flexibles. Et il y a une société appelée Saule Technologies, travailler sur des pérovskites imprimables.

Mathews dit que le type d'analyse techno-économique que l'équipe a utilisé dans son étude pourrait être appliqué à une grande variété d'autres nouvelles technologies liées à l'énergie, y compris les batteries rechargeables et autres systèmes de stockage, ou d'autres types de nouveaux matériaux de cellules solaires.

"Il existe de nombreux articles scientifiques et études universitaires qui examinent combien il en coûtera pour fabriquer une technologie une fois qu'elle sera à grande échelle, " dit-il. " Mais très peu de gens regardent réellement combien cela coûte à très petite échelle, et quels sont les facteurs affectant les économies d'échelle ? Et je pense que cela peut être fait pour de nombreuses technologies, et cela nous aiderait à accélérer la façon dont nous acheminons les innovations du laboratoire vers le marché. »

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.