Six récents développements de recherche s’attaquent aux plus grands défis de l’énergie solaire, y compris les matériaux et la construction des panneaux solaires.
Résoudre de nombreux défis techniques et de fabrication est crucial pour l’expansion future de l’énergie solaire. Heureusement, des équipes de recherche travaillent sur plusieurs fronts pour faire progresser la technologie photovoltaïque (PV).
Des recherches récentes dans le monde entier se sont concentrées sur les matériaux et la construction des panneaux solaires, réalisant des avancées en nanotechnologie, en structure de cellules et en matériaux, notamment le pérovskite.
Matériau de panneau solaire flexible utilisant des nanotubes. Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’Université de Surrey
1. Les panneaux solaires bifaciaux de Surrey
Des chercheurs de l’Université de Surrey ont utilisé la nanotechnologie pour augmenter l’efficacité des panneaux solaires bifaciaux.
L’équipe a nettement amélioré l’efficacité des panneaux en utilisant des nanotubes de carbone à parois simples comme électrodes avant et arrière. Ces nanotubes, plus fins qu’un brin d’ADN, permettent aux panneaux de capter la lumière du soleil des deux côtés, ce qui permet une production d’énergie plus élevée. De manière remarquable, le panneau arrière produit presque autant d’énergie que l’avant, atteignant plus de 36 mW par centimètre carré.
Ce design réduit les coûts de production jusqu’à 70%, ce qui pourrait permettre au marché de l’énergie solaire de proposer des solutions solaires moins chères et plus efficaces.
2. Le sandwich solaire du Danemark
Des chercheurs de l’Université technique du Danemark ont développé une nouvelle structure de cellule solaire appelée « sandwich solaire » pour améliorer l’efficacité solaire.
Architecture de l’appareil de la cellule tandem. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Nielsen et al.
Cette technologie implique des cellules solaires en tandem intégrant deux absorbeurs avec des bandgaps distincts dans un seul dispositif. Cette structure est importante car elle peut théoriquement atteindre des rendements de dispositif plus élevés que les technologies PV monocristallines traditionnelles, qui approchent de leurs limites d’efficacité. Les chercheurs ont obtenu une tension de circuit ouvert notable de 1,68 V et ont constaté qu’une quantité importante des pertes photovoltaïques était liée à une résistance parasite, ouvrant la voie à des améliorations futures.
3. Le NREL prévoit l’avenir
Dans sa dernière recherche, le National Renewable Energy Laboratory (NREL) examine les problèmes de fiabilité future de la technologie des modules solaires. Dans le cadre du consortium Durable Module Materials (DuraMAT), l’étude recommande d’identifier les avantages et les défis des matériaux et des conceptions de modules avant leur déploiement généralisé.
La recherche explore spécifiquement les défis futurs de fiabilité des modules PV face aux avancées technologiques. Elle classe les changements attendus dans les conceptions de modules en silicium cristallin en quatre domaines clés :
- Architecture du module
- Technologies d’interconnexion
- Modules bifaciaux
- Technologie des cellules
L’analyse approfondie identifie 11 tendances susceptibles d’influencer les conceptions de modules à court terme. Elle souligne également l’importance d’accélérer le cycle d’apprentissage de la fiabilité PV pour améliorer l’évaluation des produits et des conceptions de modules émergents. Elle préconise de continuer à surveiller les tendances technologiques et leurs implications pour la fiabilité des modules.
4. Cellules flexibles à haute efficacité
Des chercheurs de l’Université Tsinghua ont réalisé une percée dans l’efficacité des cellules solaires en pérovskite flexibles (FPSC) grâce à une nouvelle technique de fabrication.
Le précurseur d’étain a permis aux cellules d’atteindre un rendement de conversion d’énergie allant jusqu’à 25,09%. Image utilisée avec l’aimable autorisation des auteurs
En utilisant une méthode de dépôt par bain chimique avec du sulfate d’étain comme précurseur, ils ont développé de l’oxyde d’étain en tant que couche de transport électronique sans nécessiter d’acides forts. Cette technique a amélioré le rendement de conversion d’énergie de leurs cellules à un record de 25,09%, tout en améliorant la durabilité et la stabilité à haute température des cellules. En particulier, les cellules ont maintenu 90% de leur efficacité de conversion d’énergie même après avoir été pliées 10 000 fois.
L’équipe estime que cette avancée ouvre la voie à des applications plus larges des FPSC, notamment dans l’aérospatiale et l’électronique flexible.
5. Fabrication de pérovskite de nouvelle génération
À l’Université du Colorado de Boulder, des chercheurs ont accompli des avancées significatives dans le développement des cellules solaires en pérovskite de nouvelle génération.
Face au défi de revêtir le semi-conducteur sur des plaques de verre pour une production à grande échelle, l’équipe a découvert que l’ajout de formate de diméthylammonium à la solution de pérovskite empêchait l’oxydation, ce qui permettait un revêtement à l’air ambiant. Cette innovation permet d’atteindre une efficacité de près de 25% dans les cellules en pérovskite, avec une stabilité améliorée et le potentiel de cellules en tandem dépassant une efficacité de 50% avec la durée de vie opérationnelle des panneaux en silicium traditionnels.
6. Additifs pour une efficacité et une stabilité améliorées
Des chercheurs de l’Institut de technologie et d’ingénierie des matériaux de Ningbo ont mis au point un additif multifonctionnel pour améliorer significativement l’efficacité et la stabilité des cellules solaires à pérovskite inversée (PSC).
Efficacité de conversion d’énergie des PSC inversées. Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’Institut de technologie et d’ingénierie des matériaux de Ningbo
En incorporant du potassium (4-tert-butoxycarbonylpiperazin-1-yl) méthyl trifluoroborate (PTFBK) dans la solution de précurseur de pérovskite, l’équipe a pu améliorer l’extraction de porteurs et neutraliser les défauts dans les films de pérovskite. Cette approche a conduit à des films de pérovskite de haute qualité, donnant des cellules PSC p-i-n rigides et flexibles avec des rendements de conversion d’énergie de 24,99% et 23,48% respectivement. Les dispositifs modifiés avec PTFBK ont également démontré une stabilité exceptionnelle dans différentes conditions de stress, notamment la chaleur, l’humidité et l’illumination continue.
Un avenir plus brillant
L’avenir d’une société durable dépendra en grande partie des performances des panneaux solaires. Ces six études, qui font toutes progresser l’industrie dans une certaine mesure, montrent que l’impulsion du changement est comprise et que l’industrie prend les mesures nécessaires.