Ils cherchaient depuis des années une solution pour améliorer les panneaux solaires, et il s’agissait simplement de remplacer un atome dans ce matériau.
17/09/2026 12:00
Mis à jour le
17/09/2026 12:00
Pendant des années, la technologie photovoltaïque a cherché des alternatives au silicium traditionnel afin d’améliorer l’efficacité de la capture de l’énergie solaire. Dans cette quête, la perovskite est apparue comme le matériau prometteur du XXIe siècle, bien qu’elle présente un grave inconvénient : sa dépendance au plomb ou, à défaut, une extrême instabilité en contact avec l’air et l’humidité.
Une équipe de scientifiques de l’Université du Wisconsin-Madison a réussi à résoudre ce problème sans recourir à des machines complexes ni à de nouveaux composés synthétiques. La solution a consisté à remplacer un seul atome au sein de la structure moléculaire de la perovskite de stannium. Un petit changement qui promet d’accélérer le déploiement d’installations solaires plus propres, plus efficaces et plus durables.
Le défi de l’élimination du plomb dans les cellules à perovskite
La perovskite est un matériau hybride qui combine des composants organiques et inorganiques en une structure cristalline très efficace pour capter la lumière solaire et la transformer en électricité. Cependant, les versions à plus haut rendement utilisent du plomb, un métal lourd et toxique qui soulève de sérieuses interrogations quant à son impact environnemental et à sa durabilité à la fin de la vie utile des panneaux.
Afin d’éviter l’utilisation du plomb, l’industrie a porté son attention sur les perovskites de étain. Bien que l’étain constitue une alternative écologique et chimiquement similaire, son oxydation rapide lorsqu’il est exposé aux conditions environnementales quotidiennes posait un problème significatif. Dès que le matériau entrait en contact avec l’oxygène ou l’humidité de l’air, sa structure se dégradait en quelques heures, perdant presque entièrement sa capacité à générer du courant.
Remplacer un seul atome pour protéger la structure
Contra la tendance habituelle d’appliquer des couches protectrices externes ou des scellages complexes autour des cellules, le groupe de recherche a abordé le problème en se concentrant sur la microarchitecture du composé lui-même. L’intervention n’a pas nécessité de synthétiser un matériau nouveau, mais simplement de remplacer un atome de fluor par un atome de chlore dans la molécule organique qui soutient le réseau cristallin de la perovskite.
Cette modification a changé la manière dont les cristaux s’assemblent entre eux. En intégrant du chlore, ils ont adopté une disposition beaucoup plus compacte et ordonnée, éliminant les espaces microscopiques par lesquels l’air et l’humidité pénétraient auparavant. Par conséquent, la structure même du matériau est devenue une barrière naturelle contre les agents externes, sans compromettre le transport des électrons.
Efficacité et stabilité remarquables
Les résultats de ce changement au niveau atomique sont significatifs pour le développement d’énergies solaires de troisième génération. Les cellules développées ont atteint un taux de conversion de 16,2 %, une valeur importante pour les dispositifs à base d’étain sans plomb.
En dehors de la puissance instantanée, l’élément clé réside dans la durabilité atteinte par ces cellules. Lors des essais en laboratoire en air sec, les dispositifs ont conservé plus de 95 % de leur performance initiale après 1 600 heures d’exposition, soit environ 67 jours. Dans des conditions de stress opérationnel continu, avec une lumière solaire simulée et une augmentation de la température jusqu’à 55 °C, le matériau a maintenu près de 80 % de sa capacité après 1 000 heures de fonctionnement ininterrompu.
L’amélioration de la stabilité des perovskites sans plomb ouvre des perspectives d’application directe dans le secteur de l’énergie renouvelable. Obtenir des panneaux solaires plus stables, plus efficaces et exempts de métaux lourds facilite une intégration plus durable dans les infrastructures de recharge, les toits résidentiels, et même une éventuelle installation sur les carrosseries des voitures électriques.