Des scientifiques du département de physique de l’université d’Oxford ont mis au point une approche révolutionnaire qui pourrait permettre de produire des quantités croissantes d’électricité solaire sans avoir recours à des panneaux solaires à base de silicium. Leur innovation consiste à recouvrir d’un nouveau matériau générateur d’énergie les surfaces d’objets quotidiens tels que les sacs à dos, les voitures et les téléphones portables.
Ce nouveau matériau absorbant la lumière est, pour la première fois, suffisamment fin et flexible pour être appliqué à la surface de presque n’importe quel bâtiment ou objet ordinaire. Grâce à une technique d’avant-garde mise au point à Oxford, qui consiste à empiler plusieurs couches absorbant la lumière sur une seule cellule solaire, les chercheurs ont réussi à exploiter une plus grande partie du spectre lumineux, ce qui permet de produire plus d’énergie à partir de la même quantité de lumière solaire.
Ce matériau ultra-mince, qui utilise l’approche dite “multijonction”, a été certifié par un organisme indépendant comme offrant un rendement énergétique de plus de 27 %, égalant pour la première fois les performances des matériaux monocouches traditionnels connus sous le nom de cellules photovoltaïques au silicium. L’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) du Japon a accordé cette certification avant la publication de l’étude scientifique des chercheurs dans le courant de l’année.
“En seulement cinq ans d’expérimentation de notre approche d’empilement ou de jonction multiple, nous avons augmenté l’efficacité de la conversion d’énergie d’environ 6 % à plus de 27 %, ce qui est proche des limites de ce que les matériaux photovoltaïques monocouches peuvent atteindre aujourd’hui”, a déclaré le Dr Shuaifeng Hu, chercheur postdoctoral au département de physique de l’université d’Oxford. “Nous pensons qu’avec le temps, cette approche pourrait permettre aux dispositifs photovoltaïques d’atteindre des rendements beaucoup plus élevés, dépassant les 45 %”.
À titre de comparaison, le rendement énergétique des panneaux solaires actuels est d’environ 22 % (ce qui signifie qu’ils convertissent environ 22 % de l’énergie en lumière solaire), mais la polyvalence du nouveau matériau ultra-mince et flexible est également un élément clé. Avec une épaisseur d’un peu plus d’un micron, il est presque 150 fois plus fin qu’une plaquette de silicium. Contrairement aux systèmes photovoltaïques existants, généralement appliqués à des panneaux de silicium, ce matériau peut être appliqué à presque n’importe quelle surface.
“En utilisant de nouveaux matériaux qui peuvent être appliqués comme un revêtement, nous avons montré que nous pouvons reproduire et surpasser le silicium, tout en gagnant en flexibilité. C’est important parce que cela promet plus d’énergie solaire sans avoir besoin de tant de panneaux à base de silicium ou de fermes solaires spécialement construites”, a déclaré le Dr Junke Wang, chercheur postdoctoral Marie Skłodowska Curie au département de physique de l’université d’Oxford.
Les chercheurs pensent que leur approche permettra de continuer à réduire le coût de l’énergie solaire et d’en faire la forme d’énergie renouvelable la plus durable. Depuis 2010, le coût moyen mondial de l’électricité solaire a chuté de près de 90 %, ce qui la rend presque un tiers moins chère que l’électricité produite à partir de combustibles fossiles. Les innovations promettent de nouvelles réductions de coûts, car de nouveaux matériaux, tels que la pérovskite en couche mince, réduisent le besoin de panneaux de silicium et de fermes solaires spécialement construites à cet effet.
“Nous pouvons imaginer des revêtements de pérovskite appliqués à des types de surfaces plus larges pour produire de l’énergie solaire bon marché, comme les toits des voitures et des bâtiments, et même le dos des téléphones portables. Si davantage d’énergie solaire peut être produite de cette manière, nous pouvons prévoir qu’à long terme, il sera moins nécessaire d’utiliser des panneaux de silicium ou de construire de plus en plus de fermes solaires”, a ajouté le Dr Wang.
Les chercheurs font partie d’une équipe de 40 scientifiques travaillant sur la photovoltaïque, dirigée par le professeur d’énergie renouvelable Henry Snaith du département de physique de l’université d’Oxford. Leur travail de pionnier dans le domaine de la photovoltaïque, et en particulier dans l’utilisation de la pérovskite en couche mince, a commencé il y a une dizaine d’années et bénéficie d’un laboratoire robotisé sur mesure.
Ces travaux ont un fort potentiel commercial et ont déjà commencé à être appliqués dans les secteurs des services publics, de la construction et de l’automobile. Oxford PV, une entreprise britannique issue du département de physique de l’université d’Oxford en 2010, dont le cofondateur et directeur scientifique, Henry Snaith, s’est donné pour mission de commercialiser les cellules photovoltaïques en pérovskite, a récemment commencé la fabrication à grande échelle de cellules photovoltaïques en pérovskite dans son usine de Brandenburg-an-der-Havel, près de Berlin, en Allemagne. Il s’agit de la première ligne de fabrication en série de cellules solaires tandem “pérovskite sur silicium” au monde.
“Nous avions d’abord envisagé des sites au Royaume-Uni pour commencer la fabrication, mais le gouvernement n’a pas encore offert les mêmes incitations fiscales et commerciales qu’ailleurs en Europe et aux États-Unis”, a déclaré le professeur Snaith. “Jusqu’à présent, le Royaume-Uni a envisagé l’énergie solaire uniquement sous l’angle de la construction de nouvelles fermes solaires, mais la véritable croissance viendra de la commercialisation des innovations. Nous espérons que la nouvelle société British Energy se penchera sur cette question”.
“Les dernières innovations en matière de matériaux et de techniques solaires démontrées dans nos laboratoires pourraient devenir la plate-forme d’une nouvelle industrie, fabriquant des matériaux pour générer de l’énergie solaire de manière plus durable et plus économique en utilisant des bâtiments, des véhicules et des objets existants”, a ajouté le professeur Snaith. “La fourniture de ces matériaux constituera une nouvelle industrie à croissance rapide dans l’économie verte mondiale, et nous avons montré que le Royaume-Uni innove et ouvre la voie sur le plan scientifique. Cependant, sans de nouvelles incitations et une meilleure voie pour transformer cette innovation en fabrication, le Royaume-Uni manquera l’occasion de diriger cette nouvelle industrie mondiale”, a conclu le professeur Snaith.
