Une technologie photovoltaïque de rupture made in France : la Pérovskite

L’ IPVF, labélisé ITE, est un centre d’excellence né pour fédérer et renforcer la recherche nationale au service des industries françaises et européennes du photovoltaïque. L’IPVF collabore au développement de produits pour tous les marchés (centrale solaire, BIPV, AgriPV, iOT, etc…), et plus particulièrement les technologies de cellules tandem à base de pérovskite.

La cellule solaire à pérovskite a révolutionné la recherche dans le photovoltaïque. En seulement dix ans, le rendement obtenu avec ce matériau est passé de 3,5 % (en 2009) à plus de 25% aujourd’hui pour des cellules de petite taille (<1 cm²). Cela fait de la pérovskite le rival de technologies établies (CIGS, CdTe) et la rapproche des records du silicium cristallin (c-Si). L’abondance des matériaux constitutifs et le dépôt peu couteux par traitement en solution de la pérovskite lui promettent un succès industriel. Les deux principaux verrous à ce succès sont la réalisation de dépôts de grande taille et la stabilité du rendement.

Le programme IMPACTS vise à développer des cellules tandem pérovskite/Si. Les verrous technologiques à lever pour la fabrication de ces dispositifs tandem concernent en 1er lieu la technologie pérovskite.

Au sein de ce programme de nombreuses actions sont entreprises pour produire des couches de pérovskite sur grande surface. En particulier un procédé de dépôt de couche de pérovskite hybride est en cours de développement. Celui-ci a permis l’obtention de résultats prometteurs avec, la production à l’IPVF d’un mini module de 64 cm² avec un rendement de 15,5 %. Côté stabilité, une optimisation de l’encre par l’utilisation d’additifs de type PbSCN a permis d’atteindre des temps d’illumination de 1 150 h avec une perte de rendement inférieure à 5 % de la valeur initiale.

Cette recherche se poursuit en 2023 et 2024 avec pour objectif d’obtenir des rendements de 19 % sur des mini modules de 15 x 15 cm² en n’utilisant que des matériaux et des procédés compatibles avec une industrialisation.

Citons comme avancées majeures :

• 18,5 % pour une cellule semi-transparente.
• Stabilité >92 % après 500 heures d’illumination continue.
• Stabilité de 1 150 h avec une perte de rendement inférieure à 5 % de la valeur initiale (2022).
• 15,5 % sur mini-module de 64 cm² (2022).
• Cellules de rendement > 20 % (2022).

Le programme inclut également des actions pour comprendre et limiter les phénomènes de dégradation qui apparaissent au cours du temps (évolution de la composition de la pérovskite, phénomènes d’interface…). Deux types de mécanismes sont à distinguer. Le premier concerne la stabilité intrinsèque. Afin de diminuer ces effets nous nous intéressons notamment à des solutions de passivation des joints de grain de la pérovskite. Le deuxième type de dégradation est lié à l’exposition des dispositifs solaires à différents types d’atmosphères. Pour y remédier nous travaillons à isoler les dispositifs photovoltaïques par la mise en œuvre de méthodes d’encapsulation efficaces. 

Trois résultats illustrent les avancées de l’IPVF:

• 2020, tenue de la performance d’un module pendant 200 h sous illumination.
• 2021, tenue d’un module pendant 2 000 h en outdoor. 
• 2022, stabilité en exposition outdoor d’un mini-module à son efficacité initiale (13 %) pendant plus de 4 000 h.

La recherche se poursuivra dans les années à venir afin d’atteindre des durées de vie compatibles avec la commercialisation de cette technologie.

À ce jour, le programme IMPACTS a donné lieu à une vingtaine de publications scientifiques en 2 ans.