Les toits et les « ailes volantes » pourraient être équipés de ces panneaux solaires à pérovskite sur silicium plus puissants.
Niché à la périphérie d’Oxford, le centre de R&D solaire ressemble à n’importe quelle autre unité industrielle terne sous le soleil d’octobre.
Mais pour les passionnés d’énergie verte, le laboratoire d’Oxford PV est aussi passionnant que la Chocolaterie de Charlie.
Des dizaines de cellules solaires sont distribuées en début de journée aux scientifiques, qui se mettent au travail pour expérimenter : peaufiner leur composition, les tester dans des chambres climatiques et zoomer sur des microscopes pour séparer les bonnes cellules des mauvaises.
Leur ingrédient secret ? Pérovskite, une structure cristalline qui augmente l’efficacité des panneaux solaires lorsqu’ils sont superposés à des cellules de silicium traditionnelles.
Oxford PV, issu d’un projet de recherche de l’Université d’Oxford et possédant une usine près de Berlin, ouvre la voie à la fabrication de cellules solaires tandem pérovskite-silicium.
Il est en bonne compagnie à l’Oxford Pioneer Park, où des experts travaillent également d’arrache-pied sur les moteurs électriques et la fusion nucléaire.
Oxford PV récolte désormais les avantages de son avance sur la pérovskite, avec de vastes droits de propriété intellectuelle et un accord avec une société de services publics américaine en cours.
Pérovskite sur silicium : la prochaine grande avancée solaire ?
Personne n’a besoin d’être convaincu que l’avenir sera riche en énergie solaire. En plus d’être meilleurs pour le climat et la sécurité énergétique, l’énergie solaire et éolienne sont désormais les moyens les moins coûteux d’augmenter la production d’électricité dans presque tous les pays.
Mais les cellules solaires traditionnelles au silicium se heurtent à leur limite d’efficacité d’environ 26 % de lumière solaire convertie en énergie électrique.
« Nous sommes au milieu de la dernière vague de disparition du solaire, que ce soit en Europe à cause de la concurrence chinoise ou aux États-Unis en raison de l’échec de certaines des nouvelles entreprises photovoltaïques à couches minces », a déclaré David Ward, PDG d’Oxford PV. L’Observatoire de l’Europe Vert.
Il y a eu peu de choses qui aient pu remettre en cause la position actuelle du silicium au cours de la dernière décennie – ce qui est souvent le temps minimum qu’il faut pour qu’une nouvelle innovation technologique dure perce.
Fondée en 2010, Oxford PV voit seulement maintenant le monde commercial prendre conscience du potentiel de la pérovskite sur silicium, pour laquelle elle a atteint un rendement record mondial pour une cellule de 29,5 % en 2020.
Depuis lors, il y a eu ce que Ward décrit comme un « florissement » d’entreprises dans le domaine du tandem pérovskite-silicium, qui sont pour la plupart en train de rattraper leur retard.
« Le point de bascule est très rapide, et cela a été vrai dans l’ensemble de l’industrie photovoltaïque, dans toutes les générations de silicium », ajoute Ward.
Qu’est-ce que la pérovskite exactement et comment ça marche ?
La pérovskite fait référence à un minéral organique découvert en Russie dans les années 1800, qui porte le nom du minéralogiste Lev Perovski. Il décrit également la structure cristalline de ce type de minéral, qui peut contenir divers atomes.
La pérovskite d’Oxford PV est fabriquée par des machines (la gardant bon marché) et est un matériau semi-conducteur bien adapté à la récolte de la lumière solaire, explique Ed Crossland, directeur adjoint de la technologie.
Dans un panneau solaire ordinaire, les lingots de silicium sont découpés en tranches très fines et étalées pour couvrir la zone la plus large. Des contacts métalliques sont ensuite ajoutés qui activent le matériau silicium. Au total, environ 60 cellules sont regroupées pour former le panneau.
Pour les cellules tandem, la pérovskite est recouverte d’une couche encore plus fine (environ 1 micron contre 150 microns pour une plaquette de silicium), ce qui crée effectivement deux cellules en une. La pérovskite est invisible à l’œil nu, mais absorbe un spectre d’énergie solaire plus élevé que celui que le silicium peut absorber.
En produisant plus d’énergie par panneau, « la pérovskite sur silicium est la prochaine idée technologique qui amène l’énergie solaire au-delà de ce que le silicium seul peut faire », explique Crossland. Là où le silicium a une limite d’efficacité théorique de 29 pour cent, la cellule tandem pourrait atteindre 43 pour cent.
Le coût supplémentaire lié à l’ajout de la couche de pérovskite est plus que compensé par la valeur de cette énergie supplémentaire, explique Ward, ce qui en fait une « évidence » pour les partenaires commerciaux.
À quoi peuvent servir les panneaux de pérovskite sur silicium ?
Un large éventail de clients ont déclaré leur intérêt pour les panneaux solaires à base de pérovskite – des propriétaires aux grandes entreprises de services publics.
En septembre 2024, Oxford PV a expédié ses panneaux à une société de services publics américaine non divulguée, dans le cadre du premier déploiement commercial au monde de technologie solaire tandem à pérovskite.
Les panneaux sont installés dans le coin d’un nouveau champ solaire et surveillés afin que l’entreprise américaine puisse comparer ses avantages.
En plus de la fabrication « de base » des toits et des champs solaires, l’usine d’Oxford PV dans le Brandebourg peut fabriquer des cellules pour des applications plus spécialisées comme l’aviation.
Les panneaux solaires permettent aux drones (véhicules aériens sans pilote) utilisés pour la 5G, la surveillance militaire et la cartographie par satellite de fonctionner comme « une grande aile volante », explique Ward.
Avec des ailes limitées en poids et en taille, la puissance que peuvent fournir ces nouvelles cellules solaires est « absolument stratégique ».
Des panneaux de pérovskite sur silicium pourraient permettre aux drones de rester à flot plus longtemps ou de voler à une latitude plus au nord, là où le soleil est plus faible.
Les scientifiques du laboratoire de l’Oxfordshire testent constamment de nouvelles idées et de nouveaux matériaux avant d’envoyer des prototypes dans le Brandebourg pour prouver qu’ils peuvent être mis à l’échelle. Cependant, seule une fraction d’entre elles y parviennent : « Dans un établissement commercial, vous ne pouvez pas modifier les recettes quotidiennement », ajoute Ward.
Cependant, l’usine allemande n’est pas encore une installation d’un gigawatt et Oxford PV souhaite collaborer avec d’autres entreprises pour exploiter tout le potentiel de la pérovskite dans notre monde qui s’électrifie rapidement.
« Avoir un écosystème, c’est génial » : comment les entreprises de technologie solaire collaborent
Compte tenu de la portée de ses premiers brevets, la collaboration est un pilier essentiel des projets d’Oxford PV.
« Il est assez difficile de fabriquer une cellule solaire à base de pérovskite sur silicium sans avoir à faire de grands efforts pour éviter l’ensemble IP dont nous disposons », explique Ward.
« Nous n’essayons pas de tout garder pour nous, mais nous aimerions être impliqués si des gens utilisent notre propriété intellectuelle pour commercialiser. » En plus des licences, l’entreprise offre un savoir-faire précieux pour mettre les partenaires à jour.
La plupart des nouvelles start-ups sont concentrées en Chine et, soutenues par une stratégie photovoltaïque, aux États-Unis.
En Europe, les entreprises existantes du secteur de l’énergie ou du silicium se lancent de plus en plus dans des tandems pérovskites, comme Enel en Italie.
« Avoir un écosystème, c’est génial », déclare Ward. « Il est beaucoup plus facile de décider que c’est là que vous allez sur le marché dans son ensemble que de dire bonjour, nous sommes les seuls à être impliqués, car l’évangélisation que vous devez faire auprès de la clientèle et des investisseurs est bien plus difficile. »
Le PDG est convaincu qu’il faudra un certain temps avant qu’une nouvelle innovation ne mette la pérovskite dans le rétroviseur. Et avec l’objectif de la COP28 de tripler la capacité d’énergie renouvelable d’ici 2030, les entreprises doivent investir dans les technologies qui existent aujourd’hui.
« Malgré toutes les nouvelles négatives concernant la fabrication européenne et le photovoltaïque européen, nous disposons d’une nouvelle installation qui développe de nouvelles technologies d’une manière qui n’est tout simplement pas la même que l’ancienne énergie solaire au silicium. La Chine a fait un très bon travail pour rendre l’énergie solaire bon marché à sa propre échelle et grâce à ses efforts », déclare Ward. « Mais c’est un nouveau paradigme. »
