Tout est affaire de rendement
Le « rendement » justement, c’est la clé du succès. Et plus exactement le rendement des cellules solaires.
Si on regarde de près un panneau solaire photovoltaïque, on verra qu’il est composé de rangées de cellules alignées comme les carrés d’une plaque de chocolat. Dans les panneaux posés actuellement sur les toits, ces cellules sont le plus souvent en silicium monocristallin, une technologie dont le prix a fortement baissé au cours des dernières années et qui atteint désormais un rendement d’environ 22 à 23%. Autrement dit, une cellule peut convertir en électricité 22 à 23% de l'énergie solaire qu’elle reçoit. Pour l’ensemble du panneau, le rendement est un peu moins bon : 20 à 21%, en raison des interconnections électriques, des espaces perdus entre les cellules, et du cadre qui l’entoure.
Deux projets pour augmenter le rendement des cellules photovoltaïques
Le Fonds Electricité Vitale Vert soutient deux projets menés à Neuchâtel, qui visent tous deux à améliorer les performances des cellules photovoltaïques.
Le premier projet s'inscrit dans le court terme. Il se déroule au CSEM (Centre suisse d'électronique et de microtechnique) et vise à fabriquer des cellules photovoltaïques en silicium avec un meilleur rendement que celles qui sont actuellement sur le marché, tout en simplifiant les procédés de fabrication et en les rendant moins dommageables pour l'environnement. L’objectif du projet est de réaliser tout d'abord un prototype de cellule solaire fonctionnelle avec un rendement de 24%, grâce à une technique de fabrication inédite (pulvérisation cathodique sur une seule face de la cellule), puis de démontrer comment atteindre les 25-26%.
Il s'agit non seulement d'améliorer notablement les performances des panneaux solaires, mais aussi de diminuer leurs coûts de fabrication et leurs impacts sur l'environnement – la nouvelle technique évite notamment une étape de nettoyage chimique. De telles cellules s’approcheraient ainsi du rendement théorique maximum que peut fournir le silicium : 29,4% exactement (soit un maximum d'environ 26-27% pour l’ensemble d'un panneau solaire).
Vous avez dit Pérovskite ?
Pour aller au-delà de ce plafond, il faut donc faire appel à d’autres matériaux. C’est justement le but du second projet qui est mené par des scientifiques de l'EPFL (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, antenne de Neuchâtel). Se déroulant sur un plus long terme, il vise les 35% de rendement et consiste à ajouter une ou deux couches cristallines de Pérovskite – une famille de cristaux à structure cubique – sur une cellule en silicium fabriquée selon les standards industriels. Le but de cet ajout et d'étendre la gamme du rayonnement solaire qui est transformée en électricité, notamment en capturant les radiations bleues et vertes du spectre solaire que le silicium ne convertit pas en électricité.
Pour l'instant, et aussi grâce au soutien du Fonds Electricité Vitale Vert, cette équipe a déjà développé un prototype de cellule solaire en silicium avec une couche supplémentaire en Pérovskite. Mesurant seulement 1 cm2, cette petite cellule a atteint un rendement de 31,25% – c'est un record mondial pour ce genre de dispositif. En lui superposant, en plus, une autre cellule de Pérovskite, les chercheurs espèrent encore améliorer bientôt ses performances.
Résultats attendus
Le projet est en cours. Plusieurs questions sont ouvertes :
- Les chercheurs parviendront-ils à produire une cellule solaire en silicium avec un rendement de 24%, tout en simplifiant les processus de fabrication ?
- En utilisant la Pérovskite, parviendront-ils à créer un petit prototype de cellule solaire dont le rendement s'approche de 35% ?
Promis, on vous tient au courant dès qu’on a des nouvelles !