Un « échafaudage moléculaire » : la solution inattendue pour faire décoller la nouvelle génération de panneaux solaires en pérovskite

Les recherches dans l’univers de la technologie solaire se penchent de plus en plus sur la pérovskite. Cette dernière est dotée d’une grande efficacité, son rendement ne cessant de progresser au fil des recherches. Le matériau représente même un redoutable rival du silicium. Une domination qui se limite cependant au sein des laboratoires.

Car malgré sa capacité élevée, la pérovskite est encore très loin du grand déploiement industriel. Et l’un des freins à son développement reste sa sensibilité aux conditions extérieures. En Chine, des essais sont d’ailleurs en cours à grande échelle pour observer son comportement en conditions réelles. Pendant ce temps, en Allemagne, une équipe de l’Université technique de Munich vient de lever le voile sur l’origine de la perte rapide de performance de ces matériaux lorsqu’ils sont exposés à l’extérieur.

Une instabilité liée aux variations de température

Les panneaux solaires en pérovskite ont une fâcheuse tendance à perdre rapidement en performances. Une dégradation précoce que les scientifiques associent aux variations de température en extérieur. Les changements peuvent effectivement être extrêmes, entre les nuits hivernales très froides et les étés caniculaires.

Si le phénomène a été observé depuis longtemps, son origine était jusqu’ici encore inconnue. L’équipe allemande a donc mené des travaux d’observations à l’échelle microscopique afin de comprendre précisément ce qui se produit au sein du matériau. Leur étude s’est concentrée sur les cellules tandem, qui combinent silicium et pérovskite.

Ils ont découvert que la pérovskite réagit activement aux variations thermiques. Sous l’effet de la chaleur, le matériau se dilate, puis se contracte lorsque les températures baissent. Ces mouvements consomment (gaspillent) une part importante de l’énergie, d’où la chute de performances observée. Selon les chercheurs, cette perte de rendement peut atteindre jusqu’à 60 %.

Un échafaudage moléculaire ?

Afin de résoudre le problème, les chercheurs ont développé une méthode pour stabiliser la structure du matériau. Ils ont ainsi renforcé son architecture interne en intégrant des molécules organiques directement au sein de la pérovskite.

Tel un échafaudage à l’échelle microscopique, ces molécules sont déposées pour empêcher les déformations. Il en résulte une structure plus stable, et une plus grande partie de l’énergie solaire captée peut être convertie en électricité au lieu d’être gaspillée en interne.

Les chercheurs ont par ailleurs comparé différents types de molécules pour identifier celles les plus efficaces. Ils ont découvert qu’une molécule organique plus volumineuse offre une meilleure tenue structurelle.

Ces avancées permettront d’améliorer directement la durabilité des cellules tandem silicium-pérovskite. « En comprenant ces mécanismes microscopiques, nous ouvrons la voie à une nouvelle génération de modules solaires à la fois très performants et suffisamment résistants pour supporter plusieurs décennies d’utilisation en extérieur », souligne d’ailleurs l’un des auteurs de l’étude.