Une illustration d'une cellule solaire pérovskite. Crédit :Photo par Université Aalto / Université d'Uppsala / EPFL
Il y a cinq ans, le monde a commencé à parler de cellules solaires de troisième génération qui remettaient en question les cellules au silicium traditionnelles avec un processus de fabrication moins cher et plus simple qui utilisait moins d'énergie.
L'iodure de plomb méthylammonium est un matériau organo-métallique dans la structure cristalline de la pérovskite qui capte efficacement la lumière et conduit bien l'électricité, deux qualités importantes dans les cellules solaires. Cependant, la durée de vie des cellules solaires en pérovskites organométalliques s'est avérée très courte par rapport aux cellules en silicium.
Aujourd'hui chercheurs de l'Université d'Aalto, L'Université d'Uppsala et l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse ont réussi à améliorer la stabilité à long terme des cellules solaires en pérovskite à l'aide de films de nanotubes « réseau aléatoire » développés sous la direction du professeur Esko Kauppinen de l'Université Aalto. Les films de nanotubes à réseau aléatoire sont des films composés de nanotubes de carbone à paroi unique qui, dans une image au microscope électronique, ressemblent à des spaghettis sur une plaque.
'Dans une cellule solaire pérovskite traditionnelle, la couche conductrice de trous est constituée d'un matériau organique et, en plus, une fine couche d'or qui commence facilement à se désintégrer et à se diffuser à travers toute la structure de la cellule solaire. Nous avons remplacé l'or et également une partie du matériau organique par des films en nanotubes de carbone et avons obtenu une bonne stabilité cellulaire à 60 degrés et dans des conditions d'éclairage au soleil, explique Kerttu Aitola, qui a soutenu sa thèse de doctorat à l'Université Aalto et travaille maintenant comme chercheuse à l'Université d'Uppsala
Dans l'étude, des films noirs épais avec une conductivité aussi élevée que possible ont été utilisés dans le contact arrière de la cellule solaire où la lumière n'a pas besoin de passer. Selon Aitola, les films de nanotubes peuvent également être rendus transparents et minces, ce qui permettrait de les utiliser comme contact avant de la cellule, autrement dit comme le contact qui laisse passer la lumière.
«Les cellules solaires ont été préparées à Uppsala et la mesure de stabilité à long terme a été réalisée à l'EPFL. Le chef du groupe des cellules solaires à l'EPFL est le professeur Michael Grätzel, qui a reçu le Millennium Prize 2010 pour les cellules solaires à colorant, sur laquelle les cellules solaires à pérovskite sont également en partie basées', dit Aitola.
Coupe transversale de la cellule solaire dans une image au microscope électronique. Le duvet vu à l'avant de l'image est composé de faisceaux de nanotubes qui sont devenus à moitié lâches lorsque les échantillons ont été préparés pour l'imagerie. Crédit :Photo par Université Aalto / Université d'Uppsala / EPFL
Cellules solaires dans les fenêtres
La durée de vie des cellules solaires en silicium est de 20 à 30 ans et leur production industrielle est très efficace. Toujours, des alternatives sont nécessaires car la réduction du dioxyde de silicium dans le sable en silicium consomme une énorme quantité d'énergie. On estime qu'une cellule solaire au silicium a besoin de deux ou trois ans pour produire l'énergie qui a servi à sa fabrication, alors qu'une cellule solaire à pérovskite n'aurait besoin que de deux ou trois mois pour le faire.
'En outre, le silicium utilisé dans les cellules solaires doit être extrêmement pur', dit Aitola.
« La cellule solaire pérovskite est également intéressante car son efficacité, en d'autres termes, l'efficacité avec laquelle il convertit l'énergie solaire en énergie électrique, a très vite atteint le niveau des cellules solaires au silicium. C'est pourquoi tant de recherches sont menées sur les cellules solaires à pérovskite dans le monde.
Les cellules solaires alternatives sont encore plus intéressantes en raison de leurs divers domaines d'application. Les cellules solaires flexibles étaient jusqu'à présent fabriquées sur du plastique conducteur. Par rapport à la couche conductrice de plastique, la flexibilité des films de nanotubes est supérieure et les matières premières sont moins chères. Grâce à leur flexibilité, les cellules solaires pourraient être produites en utilisant la méthode de traitement roll-to-roll connue de l'industrie papetière.
« Des cellules solaires légères et flexibles seraient faciles à intégrer dans les bâtiments et vous pourriez également les accrocher vous-même aux fenêtres », dit Aitola.
