Une équipe internationale de chercheurs propose une nouvelle manière de sélectionner les matériaux des cellules solaires tandem associant pérovskite et silicium : mesurer leur capacité à supporter les contraintes mécaniques provoquées par la chaleur. Dans une étude publiée le 29 octobre dans la revue scientifique Nature Energy, cette propriété a permis d’identifier des compositions plus résistantes aux effets conjugués de la lumière et de la température.
La souplesse du cristal devient un critère de stabilité
Les cellules tandem superposent un absorbeur en pérovskite à une cellule au silicium afin de mieux exploiter différentes parties du spectre solaire. Leur intérêt est connu, mais la dégradation des matériaux pérovskites sous l’effet de la lumière, de la chaleur et des conditions extérieures reste un obstacle à leur déploiement à grande échelle.
Les chercheurs, issus notamment de l’université KAUST en Arabie saoudite et de plusieurs établissements chinois et turcs, se sont intéressés à la « compliance » du réseau cristallin : sa capacité à se déformer élastiquement lorsqu’il subit une contrainte. Ce n’est pas une mesure de souplesse du panneau dans son ensemble, mais une propriété du matériau absorbeur à l’échelle de sa structure cristalline.
Dans les compositions étudiées, une plus grande capacité d’accommodation mécanique réduit l’accumulation de microcontraintes sous l’effet de la chaleur. Elle s’accompagne également d’une évolution des défauts électroniques et d’un moindre désordre aux bords des bandes d’énergie, phénomènes susceptibles de limiter certaines pertes de performance.
Des résultats mesurés sur des cellules bifaciales de laboratoire
Les dispositifs testés sont des cellules tandem monolithiques bifaciales : ils utilisent la lumière arrivant sur leur face avant et une partie de celle réfléchie vers leur face arrière. Les chercheurs ont choisi des pérovskites dont la bande interdite est proche de 1,55 électronvolt et qui nécessitent moins de bromure, afin de réduire un autre mécanisme de dégradation lié à la ségrégation des halogénures sous éclairage.
Avec une illumination arrière correspondant à un albédo de 0,20, l’équipe annonce une densité de puissance produite de 36,2 milliwatts par centimètre carré. Il s’agit d’une puissance par unité de surface dans les conditions expérimentales décrites, et non d’un rendement photovoltaïque de 36,2 %. La distinction est essentielle pour comparer correctement ces résultats à ceux des panneaux commerciaux.
Autre résultat : les cellules conservent 90 % de leur efficacité initiale après plus de 1 000 heures de test ISOS-L-2, sous un éclairage équivalent à un soleil et à une température de 65 °C. Ce protocole constitue un essai accéléré et contrôlé, pas une démonstration de durée de vie de plusieurs décennies en extérieur.
Une analyse technique indépendante publiée le même jour souligne précisément cette limite : le passage d’une cellule expérimentale à un module industriel impose de vérifier la stabilité à grande surface, les cycles thermiques, l’humidité et les contraintes de fabrication.
Un outil pour orienter la recherche, pas un panneau prêt à vendre
La portée de la publication tient autant à la méthode qu’au résultat chiffré. Plutôt que d’évaluer uniquement les performances initiales d’une nouvelle composition, les équipes de recherche pourraient utiliser une propriété physique mesurable pour sélectionner plus tôt les matériaux capables de résister au stress photothermique. Les auteurs présentent ainsi un critère de conception testable, qui devra être confirmé sur d’autres formulations et par d’autres laboratoires.
Pour l’industrie photovoltaïque européenne, y compris française, la perspective est importante : les cellules tandem pourraient augmenter la production électrique sur une surface donnée, notamment lorsque l’espace disponible est limité. Mais cette étude ne chiffre ni un gain de production annuel pour une installation française, ni un coût de fabrication industriel, ni une date de commercialisation.
Les chercheurs déclarent leurs financements et l’absence de conflit d’intérêts dans la publication, qui a fait l’objet d’une évaluation par les pairs. Les données et documents complémentaires associés à l’étude sont également annoncés comme accessibles. La prochaine étape décisive sera de vérifier si cette relation entre mécanique du cristal et stabilité se retrouve dans des modules fabriqués à l’échelle industrielle, puis exposés durablement aux conditions réelles.
