La percée de l’énergie solaire pourrait réduire le besoin de parcs solaires

Des scientifiques du département de physique de l'université d'Oxford ont mis au point une approche révolutionnaire qui permettrait de produire de plus en plus d'électricité solaire sans avoir recours à des panneaux solaires à base de silicium. Leur innovation consiste à appliquer un nouveau matériau générateur d'énergie sur la surface d'objets du quotidien tels que des sacs à dos, des voitures et des téléphones portables.

Leur nouveau matériau absorbant la lumière est, pour la première fois, suffisamment fin et flexible pour être appliqué à la surface de presque tous les bâtiments ou objets courants. En utilisant une technique pionnière développée à Oxford, qui consiste à empiler plusieurs couches absorbant la lumière dans une seule cellule solaire, ils ont exploité une plus large gamme du spectre lumineux, ce qui permet de produire plus d'énergie à partir de la même quantité de lumière solaire.

Ce matériau ultra-mince, utilisant cette approche dite multi-jonction, a maintenant été certifié de manière indépendante comme offrant une efficacité énergétique de plus de 27 %, égalant pour la première fois les performances des matériaux traditionnels monocouches générateurs d'énergie connus sous le nom de photovoltaïque au silicium. L'Institut national japonais des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) a donné sa certification avant la publication de l'étude scientifique des chercheurs plus tard cette année.

« En seulement cinq ans d'expérimentation avec notre approche d'empilement ou de jonctions multiples, nous avons augmenté l'efficacité de conversion d'énergie d'environ 6 % à plus de 27 %, ce qui est proche des limites de ce que les systèmes photovoltaïques monocouches peuvent réaliser aujourd'hui », a déclaré le Dr Shuaifeng Hu , chercheur postdoctoral à la faculté de physique de l'université d'Oxford. « Nous pensons qu'au fil du temps, cette approche pourrait permettre aux dispositifs photovoltaïques d'atteindre des rendements bien supérieurs, dépassant 45 %. »

En comparaison, les panneaux solaires actuels ont une efficacité énergétique d'environ 22 % (ce qui signifie qu'ils convertissent environ 22 % de l'énergie solaire), mais la polyvalence de ce nouveau matériau ultra-mince et flexible est également essentielle. Avec une épaisseur d'un peu plus d'un micron, il est presque 150 fois plus fin qu'une plaquette de silicium. Contrairement aux panneaux photovoltaïques existants, généralement appliqués aux panneaux de silicium, ce matériau peut être appliqué sur presque toutes les surfaces.

« En utilisant de nouveaux matériaux pouvant être appliqués comme revêtement, nous avons montré que nous pouvions reproduire et surpasser le silicium tout en gagnant en flexibilité. C'est important car cela promet plus d'énergie solaire sans avoir besoin de tant de panneaux à base de silicium ou de fermes solaires spécialement construites », précise le Dr Junke Wang , Marie Skłodowska Curie Actions Postdoc à l'Université d'Oxford en physique.

Les dernières innovations en matière de matériaux et de techniques solaires démontrées dans nos laboratoires pourraient devenir une plate-forme pour une nouvelle industrie, fabriquant des matériaux permettant de générer de l’énergie solaire de manière plus durable et moins chère en utilisant des bâtiments, des véhicules et des objets existants.

Les chercheurs estiment 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 diminué de près de 90 %, ce qui la rend presque un tiers moins chère que celle produite à partir de combustibles fossiles. Les innovations promettent des économies supplémentaires, car de nouveaux matériaux, comme la pérovskite à couche mince, réduisent le besoin de panneaux de silicium et de fermes solaires spécialement conçues.

« Nous pouvons envisager d'appliquer des revêtements en perovskite sur des surfaces plus larges pour générer de l'énergie solaire bon marché, comme les toits des voitures et des bâtiments, voire même l'arrière des téléphones portables. Si davantage d'énergie solaire peut être produite de cette manière, nous pouvons prévoir qu'à long terme, nous aurons moins besoin d'utiliser des panneaux en silicium ou de construire de plus en plus de fermes solaires », a ajouté le Dr Wang.

Les chercheurs font partie d'un groupe de 40 scientifiques travaillant sur le photovoltaïque sous la direction du professeur d'énergie renouvelable Henry Snaith au département de physique de l'université d'Oxford. Leurs travaux pionniers dans le domaine du photovoltaïque et notamment de l'utilisation de la pérovskite en couches minces ont débuté il y a une dizaine d'années et bénéficient d'un laboratoire robotisé sur mesure.

Leurs travaux ont un fort potentiel commercial et ont déjà commencé à être appliqués dans les secteurs des services publics, de la construction et de la construction automobile.

Oxford PV, une société britannique créée en 2010 par le cofondateur et directeur scientifique de l'université d'Oxford, le professeur Henry Snaith, pour commercialiser des cellules photovoltaïques à base de pérovskite, a récemment démarré la production à grande échelle de cellules photovoltaïques à base de pérovskite dans son usine de Brandebourg-sur-la-Havel, près de Berlin, en Allemagne. Il s'agit de la première ligne de production en volume au monde de cellules solaires tandem « pérovskite sur silicium ».

« Nous avons d’abord envisagé de lancer la production sur des sites britanniques, mais le gouvernement n’a pas encore proposé les mêmes incitations fiscales et commerciales que dans d’autres pays d’Europe et aux États-Unis », a déclaré le professeur Snaith. « Jusqu’à présent, le Royaume-Uni a envisagé l’énergie solaire uniquement en termes de construction de nouvelles fermes solaires, mais la véritable croissance viendra de la commercialisation des innovations. Nous espérons vivement que la British Energy, nouvellement créée, s’intéressera à ce sujet. »

« L’approvisionnement en ces matériaux sera 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 mesures incitatives et une meilleure voie pour convertir cette innovation en production, le Royaume-Uni manquera l’occasion de diriger cette nouvelle industrie mondiale », a ajouté le professeur Snaith.

https://www.ox.ac.uk/news/2024-08-09-solar-energy-breakthrough-could-reduce-need-solar-farms