Le Swiss Tech Convention Center de l'EPFL est recouvert de cellules photovoltaïques translucides. (©Alain Herzog/EPFL)
En Suisse, des chercheurs de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont percé à jour la manière dont la lumière est convertie en électricité au sein de cellules photovoltaïques en pérovskite. Ces dernières constituent une alternative sérieuse aux cellules à base de silicium.
Des semi-conducteurs en pleine lumière
Les cellules photovoltaïques sont fabriquées avec des matériaux semi-conducteurs qui émettent des électrons lorsqu’ils sont soumis à l'action de la lumière. Le silicium cristallin est aujourd’hui le plus répandu de ces matériaux mais des alternatives sont recherchées, notamment en raison du coût trop élevé des panneaux. Des systèmes photovoltaïques en pérovskite présentent dans cette optique des dispositions prometteuses. Les modalités du transfert d’électrons au sein de ce matériau restaient toutefois jusqu’à peu méconnues.
Des scientifiques de l’EPFL menés par le professeur Michael Grätzel et de l’Institut Berlinois sur les combustibles solaires ont pu observer le déplacement des électrons à la surface de différents films imprégnés de pérovskite (à base d’halogénure de plomb). Ils ont utilisé plusieurs techniques de spectroscopie(1) à résolution temporelle pour réaliser ces tests. Ceux-ci ont notamment mis en évidence les atouts des films en dioxyde de titane qui permettent entre autres un transfert d’électron particulièrement rapide (de l’ordre de 10-13 s entre les deux jonctions du film). Tous les résultats de ces travaux ont été publiés fin janvier dans la revue scientifique Nature Photonics(2).
Un coût de fabrication divisé par 5
De nombreuses équipes de chercheurs dans le monde travaillent actuellement sur ces nouvelles cellules en pérovskite, notamment dans les universités d’Oxford et de Pennsylvanie dont les travaux ont fait l’objet d’une publication dans Nature en avril 2013(3). Bien que le rendement de ces cellules ne soit pas encore à la hauteur de celui des cellules en silicium plus matures (rendement de 16% contre près de 20% pour certaines cellules sur le marché)(4), elles pourraient connaître un développement important.
Des chercheurs à Singapour ont démontré que les électrons générés dans des matériaux pérovskites peuvent se déplacer plus loin que dans d’autres matériaux. Il sera ainsi possible de constituer des cellules plus épaisses absorbant davantage de lumière et produisant de fait plus d’électricité. Les procédés pour concevoir ces cellules sont par ailleurs jugés plus simples et surtout beaucoup moins coûteux que ceux des modèles actuellement développés : le coût de fabrication des cellules photovoltaïques pourrait être divisé par 5 en utilisant ce matériau. Enfin, ce dernier a également la capacité d’obtenir différentes couleurs translucides comme le rouge, le jaune ou le brun, ce qui permettrait de l’installer sur des surfaces variées. Le photovoltaïque, dont le développement s’est ralenti en Europe en 2013, étendra-t-il bientôt son rayonnement grâce aux cellules en pérovskite ?
