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10/11/2022

Révolutionner l’énergie avec les cellules solaires en pérovskite


Les cellules photovoltaïques traditionnelles sont généralement coûteuses à produire et difficiles à intégrer dans des formes de construction organiques. Ils peuvent également utiliser des terres rares, qui nécessitent une extraction énergivore. Cependant, de nouvelles recherches suggèrent que nous devrions nous diriger dans une direction différente. Une classe de matériaux appelés pérovskites est à l’étude pour créer des panneaux solaires dans les prochaines années. Ils semblent utiles pour créer un système photovoltaïque qui est léger, bon marché et peut être placé sur diverses surfaces, quelle que soit la texture ou la courbure.

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Que sont les pérovskites ?

Les pérovskites sont une famille de matériaux avec une structure cristalline spéciale, similaire au minéral pérovskite. La structure cristalline est composée de trois parties et utilise un réseau pour les entrelacer. Ces pérovskites peuvent contenir diverses combinaisons d’éléments pour chacune des trois parties. Ces éléments spécifiques peuvent être choisis pour répondre au mieux aux besoins du produit final pour lequel ils sont nécessaires.

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Comment fonctionne le photovoltaïque pérovskite

Les pérovskites ont métaux comme l’étain ou le plomb qui sont utiles pour l’effet photovoltaïque. C’est le processus d’utilisation de la lumière pour produire de l’énergie. Cela se produit lorsque la lumière frappe deux atomes différents à proximité, générant un courant et une tension électriques. En effet, la lumière fournit de l’énergie pour libérer le ou les électrons les plus externes de l’un des atomes de leur structure. Il pousse alors les électrons à rejoindre la structure d’une autre molécule.

La quantité minimale d’énergie nécessaire pour déplacer les électrons s’appelle la bande interdite. L’électron qui s’est déplacé d’une molécule à une autre devient un porteur de charge qui peut se déplacer à travers ce nouveau Matériel, transportant de l’énergie électrique. Ces électrons sont dirigés le long d’un fil pour produire de l’électricité et peuvent continuer à générer un courant et une tension pendant que la lumière continue de briller.

Dans les cellules solaires traditionnelles, le silicium est utilisé pour réaliser l’effet photovoltaïque. Il doit être méticuleusement chauffé à l’extrême températures pour une pureté et une structure cristalline parfaites pour pouvoir produire de l’électricité. D’autre part, les pérovskites sont relativement plus faciles à fabriquer et ne nécessitent pas de conditions extrêmes. Ils peuvent également tolérer des défauts dans leur structure moléculaire, contrairement au silicium qui nécessite une grande pureté pour les cellules solaires fonctionnelles.

Un parking avec toit solaire

Comment sont fabriquées les cellules solaires en pérovskite ?

La structure moléculaire de la pérovskite est d’abord ajustée pour maximiser l’électricité qui peut être générée. Ceci est ensuite transformé en une solution à l’aide d’additifs comme le méthyl-ammonium conduire l’iodure et l’halogénure de méthylammonium. La solution est utilisée pour recouvrir une surface, créant ainsi une cellule solaire pérovskite.

Les substrats peuvent inclure des feuilles de verre, des polymères souples ou encore du bois transparent. L’utilisation de la solution comme revêtement de surface rend le processus moins cher et plus facile à réaliser que la fabrication de panneaux photovoltaïques à base de silicium.

Pour étaler uniformément le revêtement sur une surface, les scientifiques utilisent des techniques de revêtement par centrifugation. La solution est versée sur la surface et répartie uniformément sur le dessus en une fine couche en faisant tourner la surface à grande vitesse. Une fois que les solvants du mélange se sont évaporés, il reste des films de pérovskite. Ceux-ci forment les couches de pérovskite cristaux et peut être câblé pour créer une cellule solaire.

Efficacité des panneaux solaires en pérovskite

L’efficacité de conversion de puissance (PCE) est la quantité d’énergie lumineuse qu’une cellule solaire peut convertir en électricité. Silicium les cellules solaires ont un PCE maximum de 32%. Pendant ce temps, les matériaux pérovskites les plus efficaces observés jusqu’à présent peuvent atteindre une efficacité de 31%.

La recherche actuelle explore les effets de la manipulation du chimique composition des cristaux de pérovskite. De cette façon, les scientifiques peuvent produire des matériaux pérovskites qui ont une bande interdite idéale pour convertir la lumière en électricité.

Les chercheurs expérimentent également des cellules solaires multicouches en pérovskite. Dans ceux-ci, chaque couche cristalline a une bande interdite différente. Plusieurs couches garantissent que plus énergie les particules lumineuses (photons) peuvent pénétrer jusqu’aux électrons dans les couches qui nécessitent plus d’énergie pour s’exciter (large bande interdite), et vice-versa. De cette façon, une plus grande partie de l’énergie solaire peut être convertie en électricité. Dans le cadre des recherches de la dernière décennie, cette méthode a atteint une efficacité de conversion de 26 %.

Enfin, un troisième type de cellule est en cours d’exploration. Il s’agit d’un système hybride ou tandem qui incorpore une couche de pérovskite avec un panneau photovoltaïque traditionnel en silicium pour utiliser l’énergie des photons que le silicium ne peut pas convertir. Cela augmente l’efficacité globale. Actuellement, le PCE le plus élevé de ce système est de 22,8 %. Cependant, avec une exploration plus poussée, les chercheurs visent un taux de PCE de 50%, ce qui révolutionnerait énergie solaire.

Une ferme solaire en Arizona

Les avantages des cellules solaires en pérovskite

Les cellules solaires en pérovskite présentent de nombreux avantages. Puisqu’ils adoptent une solution à base de revêtement, ils sont faciles à produire et rentable. Bien que l’expérimentation soit toujours en cours, ils peuvent également potentiellement avoir des taux de PCE élevés.

En raison de leur conception, les systèmes de pérovskite ne nécessitent que 5 % du matériau nécessaire aux panneaux solaires traditionnels en silicium. Ils n’utilisent pas non plus de métaux de terres rares qui doivent être extraits, ce qui peut perturber les écosystèmes locaux. Leur conception nécessite également beaucoup moins de ressources et d’énergie pour leur fabrication, ce qui les rend à la fois économiques et économiques. a faible consommation.

Les inconvénients des systèmes pérovskites

Malheureusement, étant donné que les cellules pérovskites utilisent un revêtement en couche mince, cette couche peut se décomposer avec le temps. Exposition à l’humidité, à la chaleur, lumière et l’oxygène est une donnée car ils sont utilisés à l’extérieur, mais d’autres expérimentations sont nécessaires pour éviter une altération excessive et rapide.

Actuellement, certains des systèmes de pérovskite les plus efficaces utilisent du plomb pour générer de l’énergie électrique. Néanmoins, des études sont en cours pour réduire le potentiel pérovskite toxicité sans compromettre l’efficacité.

Regarder vers l’avenir

En 2020, l’Office of Energy Efficiency and Renewable Energy aux États-Unis a consacré 20 millions de dollars de financement à la recherche sur la pérovskite. Cela s’est réparti entre les progrès de la technologie cellulaire, de la fabrication et des tests. Si nous pouvons développer des systèmes économes en énergie et potentiellement moins coûteux et énergivores à produire, exploiter l’énergie (presque) infinie du soleil deviendra encore plus durable pour alimenter la planète.

Passant par Avis solaires et Nouvelles du MIT

Images via Pexels



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