La perovskite passe avec succès un test clé : 1 000 heures de chaleur et d’humidité avec seulement 5 % de perte.

Les cellules solaires à perovskite disposent de nombreux atouts pour s’imposer dans le domaine de l’énergie photovoltaïque : une grande capacité à convertir la lumière en électricité, des possibilités de fabrication à faible coût et des designs légers. Cependant, une question reste cruciale pour leur avenir : combien de temps peuvent-elles conserver ces performances une fois sorties du laboratoire et confrontées à la chaleur et à l’humidité ?

Des chercheurs de l’Institut coréen de recherche énergétique, KIER, en collaboration avec l’université UNIST, ont présenté une avancée visant précisément ce point faible. Leur proposition consiste à modifier le processus de fabrication afin d’éliminer des composants qui contribuent initialement au fonctionnement de la cellule, mais qui peuvent par la suite accélérer son dégradation.

Le résultat est des cellules qui conservent 95 % de leur efficacité initiale après 1 000 heures à 85 °C et 85 % d’humidité relative. L’étude, publiée dans Advanced Science, précise que l’épreuve a été menée avec des dispositifs encapsulés, c’est-à-dire dotés d’une protection contre l’environnement. Il s’agit d’une donnée importante pour interpréter correctement la portée du test. Wiley Online Library

Ces 95 % ne signifient pas non plus qu’elles transforment presque toute la lumière reçue en électricité. Ils indiquent le niveau de performance qu’elles maintiennent par rapport au début de l’épreuve. L’efficacité de conversion maximale atteinte avec le nouveau procédé était de 25,24 %, contre 25,21 % pour les cellules de référence fabriquées selon la méthode conventionnelle avec des additifs. La différence est minime : ce qui importe, c’est d’améliorer la résistance sans sacrifier l’efficacité.

Éliminer le lithium résiduel pour réduire la dégradation

La recherche se concentre sur ce qu’on appelle la couche de transport des trous, l’une des composantes permettant d’extraire les charges électriques générées lorsque la lumière atteint la cellule. Dans certaines architectures à base de perovskite, cette couche utilise des sels de lithium et des additifs pour améliorer ses propriétés électriques. Le problème, c’est que certains de ces ingrédients contribuent également à réduire sa stabilité.

Lorsque la température et l’humidité augmentent, les additifs peuvent s’évaporer et laisser de petits trous dans la couche. Ces défauts nuisent au contact entre les différentes couches et favorisent la perte de leurs propriétés. De plus, les ions de lithium peuvent se déplacer vers l’intérieur du dispositif et provoquer des dommages supplémentaires. Ce qui contribue à obtenir de bons résultats au départ finit par devenir un problème de durabilité.

La solution proposée par l’équipe consiste à exploiter les réactions nécessaires lors de la préparation du mélange, puis à retirer les composants susceptibles d’être nocifs. À cette fin, elle utilise de l’oxyde de nickel, NiOx, qui agit comme catalyseur et permet de capturer les ions de lithium présents dans la solution utilisée pour fabriquer cette couche.

Lorsque la réaction est terminée, le mélange passe par un processus de filtration. Les particules d’oxyde de nickel restent piégées ainsi que les ions de lithium qui y sont attachés. Ainsi, le catalyseur remplit sa fonction pendant la préparation, mais est retiré avant que la couche finale ne se forme. Cette méthode permet également d’éviter l’additif tBP utilisé dans les formulations conventionnelles.

Cette idée est intéressante car elle aborde l’origine d’une partie de la dégradation. En plus de protéger la cellule contre l’extérieur grâce à l’encapsulation, elle vise à rendre sa propre composition plus stable. Les résultats montrent qu’il est possible d’éliminer ces ingrédients sans sacrifier la capacité à convertir la lumière solaire en électricité.

Pour les chercheurs, cette avancée pourrait également être utile dans les cellules solaires en tandem, qui superposent des matériaux capables d’exploiter différentes parties du spectre solaire. La perovskite offre des possibilités dans ces configurations, mais augmenter la production d’électricité a peu de valeur commerciale si cet avantage disparaît trop tôt en raison de la dégradation.

Cependant, surmonter un essai de chaleur et d’humidité ne revient pas à prouver des décennies de fonctionnement sur un toit. Les 1 000 heures constituent une épreuve de résistance dans des conditions spécifiques, et ne peuvent pas être directement converties en années d’utilisation. Il reste également à vérifier comment ce processus peut être adapté à des modules de plus grande surface ainsi qu’à une fabrication industrielle compétitive.

Les résultats indiquent une amélioration dont la perovskite a autant besoin que des records d’efficacité : conserver ses performances. Pour ceux qui installent des panneaux solaires, le rendement du premier jour est important ; l’électricité qu’ils continueront à produire de nombreuses années plus tard l’est encore davantage.

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