Passer à des énergies renouvelables comme l'énergie solaire est cruciale dans la lutte contre le changement climatique. Cependant, bien que la technologie solaire ait fait des progrès remarquables depuis sa création, elle a encore besoin de nouvelles technologies pour devenir une alternative viable aux combustibles fossiles. Dans ce scénario, les pérovskites, la dernière invention dans le secteur des énergies renouvelables, pourraient changer la donne dans le développement d'une énergie solaire efficace.
Les panneaux solaires traditionnels sont fabriqués à partir de silicium cristallin (c-Si) ou de technologies solaires à couches minces, qui ont une efficacité limitée. Cependant, les pérovskites sont des structures cristallines légères et flexibles qui peuvent facilement être déposées sur n'importe quelle surface, flexible ou texturée. Grâce à cela, ils pourraient conduire à la création de plus minces et plus légers des panneaux solaires, capable de fonctionner à température ambiante et de générer plus d'électricité à partir du soleil à un coût inférieur à celui des cellules solaires au silicium.
Bien qu'aucune application des pérovskites n'ait encore été commercialisée, elles font l'objet de recherches et d'investissements en cours. Alors que de nombreuses entreprises cherchent à exploiter leur potentiel, c'est le moment idéal pour en savoir plus sur les cellules solaires à pérovskite, leur technologie et en quoi elles diffèrent des cellules solaires traditionnelles.
Table des matières
Qu'est-ce qu'une pérovskite ?
Comment sont fabriquées les cellules solaires en pérovskite ?
Les différents types de cellules solaires en pérovskite
Cellules solaires en pérovskite vs cellules solaires en silicium cristallin
Conclusion
Qu'est-ce qu'une pérovskite ?
Contrairement au cristallin silicium, les pérovskites sont une famille de matériaux avec une structure cristalline unique similaire au minéral du même nom qui a été découvert pour la première fois en Russie en 1839. Cependant, ce n'est qu'en 2006 que les pérovskites ont été étudiées pour la première fois en tant que matériaux absorbés, avec les résultats de la recherche publiée trois ans plus tard, en 2009.
Plusieurs variétés de pérovskites existent. La première pérovskite découverte était composée d'oxyde de titane et de calcium. Plus tard, de nombreux types de pérovskites ont été découverts, y compris ceux contenant du triiodure de plomb méthylammonium. Néanmoins, les pérovskites les plus avantageuses pour l'industrie solaire sont celles cristaux constitué de molécules organiques et inorganiques liées à des atomes d'étain ou de plomb.
Les pérovskites sont les plus prometteuses des 3rd génération Photovoltaique (PV), ce qui en fait un changeur de jeu dans l'industrie solaire. Au cours des cinq dernières années, l'efficacité d'une cellule solaire à pérovskite est passée de moins de 4 % à plus de 20%. Au cours des 15 prochaines années, leur efficacité devrait encore augmenter pour dépasser 30%. Pour cette raison, on pense que les cellules solaires en pérovskite remplaceront potentiellement les panneaux solaires c-Si traditionnels et la plupart des photovoltaïques à couches minces.
Comment sont fabriquées les cellules solaires en pérovskite ?
En termes simples, les cellules solaires à pérovskite sont créées par un processus appelé "chimie humide", où des matériaux tels que l'halogénure de méthylammonium, l'iodure de plomb de méthylammonium et d'autres additifs sont mélangés dans une solution. Ce mélange peut être appliqué sur du verre, de l'oxyde métallique, des cellules solaires au silicium, des polymères flexibles ou même du bois transparent.
Le dépôt de la solution de pérovskite sur le matériau de base est réalisé par spin-coating, qui est basé sur le même concept que les machines Spin-Art utilisées par les enfants. La solution est soit pulvérisée, soit goutte à goutte sur le substrat, le substrat étant tourné à grande vitesse, permettant à une fine couche de la solution de s'étaler uniformément sur sa surface. Lorsque le solvant du mélange s'évapore, il reste un film de pérovskite sous forme de fines couches de cristaux de pérovskite qui peuvent facilement être câblés dans une cellule solaire.
Cependant, il existe plus qu'une seule méthode de fabrication de pérovskite cellules solaires, tels que l'assistance à la vapeur, les dépôts en deux étapes et le dépôt thermique en phase vapeur.
Les différents types de cellules solaires en pérovskite
Dans l'ensemble, toutes les cellules solaires ont des choses en commun. Celles-ci comprennent au moins une couche négative, une couche positive de matériau photovoltaïque et une électrode avant et arrière conductrice. Les électrodes transportent les électrons chargés par le soleil depuis la couche négative le long d'un fil pour générer de l'électricité avant de les ramener vers la couche positive. De plus, après avoir été montées dans un module solaire, toutes les cellules solaires sont scellées dans une couche d'encapsulation pour les protéger des dommages causés par les intempéries.
Maintenant, en ce qui concerne les différents types de cellules solaires pérovskites, deux types sont d'une grande importance - les cellules à couche mince et les cellules en tandem. Les cellules à couches minces ne contiennent que des pérovskites comme matériau photovoltaïque, tandis que les cellules en tandem peuvent avoir plusieurs couches de pérovskite ou une fine couche de pérovskite au-dessus d'une couche de silicium cristallin.
Il existe également des cellules tandem à couches minces. Ici, les cellules contiennent capuchons de cuivre couches de séléniure d'indium et de gallium (CIGS) recouvertes d'une couche de pérovskite. Les cellules tandem à couches minces sont une technologie solaire déjà parfaite.
Cellules solaires en pérovskite vs cellules solaires en silicium cristallin
Les cellules solaires en silicium cristallin, considérées comme une technologie mature avec des processus de production de masse bien établis, sont la norme depuis des décennies dans l'industrie solaire. Ceux-ci ont une structure AI-BSF où c-Si monocristallin ou polycristallin est utilisé dans la couche absorbante.
Une différence intéressante entre la pérovskite et le c-Si est leur potentiel d'absorption de la lumière. Pérovskite cellules peut répondre à une large gamme de couleurs dans le spectre solaire, tandis que le c-Si ne peut absorber que la lumière d'une longueur d'onde égale ou supérieure à 1,100 XNUMX nm. Cela est dû à la structure des cellules pérovskites, car elle permet aux électrons de pénétrer efficacement à travers des couches épaisses. En conséquence, ils peuvent convertir une plus grande quantité de lumière solaire en électricité, ce qui contribue à une plus grande efficacité des pérovskites.
L'efficacité la plus élevée enregistrée d'une cellule solaire pérovskite est % 29.15, par rapport aux 25.4% inférieurs présentés par les cellules solaires c-Si. Considérant que le silicium cristallin Al-BSF est une technologie très mature, cela prouve le potentiel prometteur des panneaux solaires en pérovskite.
Enfin, la pérovskite cellules solaires présentent un faible potentiel de matériau et des coûts de traitement réduits. Ils peuvent également être fabriqués en différentes couleurs, permettant aux consommateurs de personnaliser le produit selon leurs besoins. Les caractéristiques supplémentaires des cellules solaires en pérovskite, telles que la flexibilité, la légèreté et la semi-transparence, ont convaincu les chercheurs et les concepteurs électroniques que les diverses applications des cellules solaires en pérovskite pourraient remplacer le c-Si. sans souci à long terme.
Quand les gens peuvent-ils acheter des cellules solaires en pérovskite ? Une conclusion
Chercheurs et experts du des énergies renouvelables l'industrie considère les pérovskites comme un matériau prometteur pour développer des cellules solaires bon marché, efficaces et respectueuses de l'environnement. En conséquence, de nombreuses entreprises et organisations étudient actuellement le potentiel des cellules solaires à pérovskite, notamment le National Renewable Energy Laboratory (NREL), Oxford PV, Qcells et d'autres. Alors que les cellules qu'ils fabriquent sont des cellules de test de la taille d'un timbre-poste, pas encore prêtes à être vendues au public, la commercialisation à grande échelle n'est peut-être pas loin.
