Des cellules solaires moins chères grâce à un tout nouveau matériau

De nouveaux dispositifs de cellules solaires, moins chers et plus faciles à fabriquer, pourraient bientôt faire leur apparition sur le marché. Des chercheurs ont ajouté du ferrocène à des cellules solaires en pérovskite, beaucoup moins chères et plus faciles à produire, améliorant ainsi considérablement leur efficacité et leur durabilité.

Les cellules solaires traditionnelles sont faites de silicium, qui présente un bon rendement, mais qui est relativement cher et ne peut être fabriqué que sous forme de panneaux rigides. Les cellules en pérovskite offrent une alternative intéressante : elles sont moins chers à fabriquer, flexibles et plus fines. La pérovskite est un minéral qui doit son nom au comte et minéralogiste russe Lev Perovsky, et qui a été utilisé pour la première fois dans l’assemblage de cellules solaires en 2009. Depuis lors, les laboratoires ont obtenu des rendements énergétiques toujours plus élevés avec ces cellules solaires dites « pérovskites ».

La puissance du ferrocène

Cependant, celles-ci sont à la traîne par rapport aux cellules solaires au silicium en termes d’efficacité et, surtout, de stabilité. Mais de nouveaux matériaux contenant du métal, appelés ferrocènes, peuvent aider à résoudre ces problèmes. En ajoutant des ferrocènes à des cellules solaires en pérovskite, des chercheurs ont pu considérablement améliorer leur efficacité et leur stabilité. Les résultats ont été publiés dans la revue Science.

La pérovskite constitue la couche de « récolte de la lumière » des dispositifs de cellules solaires. Cependant, ceux-ci sont moins efficaces pour convertir l’énergie solaire en électricité que celles à base de silicium, principalement parce que les électrons sont moins « mobiles » – ils sont moins capables de se déplacer de la « couche de récolte » vers les couches de conversion de l’électricité.

Le ferrocène est un composé dont le centre est constitué de fer, entouré d’anneaux de carbone. L’une des propriétés que lui confère cette structure est une excellente richesse électronique, ce qui, dans ce cas, permet aux électrons de passer plus facilement de la couche de pérovskite aux couches suivantes, améliorant ainsi l’efficacité de la conversion de l’énergie solaire en électricité.

Les tests réalisés montrent que l’efficacité des dispositifs en pérovskite auxquels on a ajouté une couche de ferrocène peut atteindre 25 %, ce qui se rapproche de l’efficacité des cellules traditionnelles en silicium.

Faire d’une pierre deux coups

Mais ce n’est pas le seul problème que les matériaux à base de ferrocène ont résolu. L’équipe de l’Imperial College de Londres a expérimenté la fixation de différents groupes chimiques sur les anneaux de carbone du ferrocène, et a découvert une version qui améliore considérablement l’adhésion du ferrocène. Cette capacité de collage supplémentaire a amélioré la stabilité des dispositifs, ce qui signifie qu’ils ont conservé plus de 98 % de leur efficacité initiale après 1 500 heures de fonctionnement continu à la puissance maximale. L’efficacité et la stabilité obtenues grâce à l’ajout d’une couche de ferrocène rapprochent ces dispositifs en pérovskite des normes internationales actuelles pour les cellules de silicium traditionnelles.

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