Après une décennie de stagnation, les cellules solaires à base de kesterite connaissent une avancée significative. Ayant comme atout principal leur coût réduit et leur composition non toxique, ces cellules solaires ont réussi à franchir la barrière des 17 % d’efficacité, avec la possibilité d’atteindre 20 % dans les cinq ans à venir. Cette évolution promet un potentiel commercial compétitif et durable, encourageant une alternative aux technologies solaires traditionnelles comme le silicium.
L’importance de la kesterite dans le photovoltaïque moderne
La kesterite, un matériau dérivé de minéraux, est de plus en plus prisé pour ses propriétés photovoltaïques. Sa composition chimique, mélange de cuivre, zinc, étain et de chalcogénures tels que le soufre et le sélénium, en fait une alternative saine et économique aux technologies de films minces déjà existantes. Par rapport aux options telles que le cadmium telluride ou le CIGS (cuivre-indium-gallium-diséléniure), la kesterite évite l’utilisation d’éléments rares ou toxiques comme le gallium et le cadmium. Sa stabilité joue aussi en sa faveur, se distinguant par sa capacité à maintenir des performances constantes, même sous des conditions de test de dégradation accélérée.
Les percées récentes en matière d’efficacité
Après avoir atteint une efficacité de conversion de puissance de 12,6 % pendant une décennie, les cellules solaires à kesterite viennent de dépasser 17 %, marquant ainsi une avancée majeure. Les chercheurs ont utilisé des innovations en chimie des solutions, notamment l’ajout de 2-méthoxyéthanol et des techniques de cristallisation pour améliorer la structure cristalline. De plus, la technique de passivation des défauts reste un axe important pour optimiser les performances. Les attentes sont élevées avec la possibilité que l’efficacité atteigne 20 % d’ici cinq ans, selon Qingbo Meng, directeur du Center for Clean Energy de l’Académie chinoise des sciences.
Prochaines étapes et applications des cellules tandem kesterite
La kesterite présente de nombreux avantages, notamment sa compatibilité avec le silicium, ce qui la rend attrayante pour les cellules tandem. Les cellules tandem combinant le silicium et la kesterite à large bande passante permettent une conversion énergétique plus efficace, en capturant à la fois les longueurs d’onde solaires à basse et haute énergie. Ce procédé promet une productivité accrue pour un coût modéré et une toxicité minimale.
Avancées scientifiques et exemples pratiques
Les avancées dans la fabrication des cellules tandem incluent l’utilisation de traitement à l’hydrogène pour réduire les défauts induits par le sodium, comme démontré par l’équipe dirigée par Xiaojing Hao à l’Université de Nouvelle-Galles du Sud. En éliminant le sodium, la qualité des films kesterite s’améliore, augmentant ainsi le rendement. Les chercheurs explorent aussi la possibilité de remplacer le zinc par du baryum pour éviter des défauts de fabrication fréquents. Ces avancées, alliées à une meilleure compréhension des processus de cristallisation, pourraient transformer la kesterite en une option viable pour les applications commerciales à grande échelle.
Améliorations par les approches chimiques et cristallographiques
Les performances des cellules solaires à kesterite reposent fortement sur des procédés chimiques avancés. Les chercheurs ont opté pour des procédés chimiques plutôt que physiques pour minimiser les défauts structurels à mesure que la couche de kesterite cristallise sur le substrat. Par exemple, remplacer l’acétate de zinc par le chlorure de zinc dans les solutions précursorales peut significativement influencer les performances, selon les recherches du Dr. David Mitzi à l’Université Duke.
Les préoccupations pratiques restent toutefois importantes. Les solvants comme l’hydrazine, bien qu’efficaces, sont dangereux. La recherche se tourne ainsi vers des solvants plus sûrs et respectueux de l’environnement tels que le DMSO et le 2-méthoxyéthanol, privilégiés pour leur capacité à produire des structures cristallines plus propres et sans résidus. Les travaux récents ont permis d’atteindre une efficacité de 13 % grâce à ces procédés respectueux de l’environnement.
- 15,4 % avancées en efficacité grâce à l’alliage multicomposant
- Suppression des défauts : clé de l’optimisation des performances
Avec des efforts continus et un encadrement méthodologique, les cellules solaires kesterite sont bien parties pour franchir de nouvelles frontières en termes d’efficacité photovoltaïque.
| Élément | Propriété | Impact sur l’efficacité |
|---|---|---|
| Cuivre | Électriques | Accélère la conduction |
| Sélénium | Stabilité | Réduit les déficiences |
| Étain | Cristallisation | Améliore la qualité du film |
| Zinc | Propriétés optiques | Optimise la capture de l’énergie lumineuse |
Les cellules solaires en kesterite présentent un avenir énergétique prometteur grâce à leurs innovations techniques et leur capacité à s’adapter à de nouvelles configurations tandem.
Questions fréquentes
Les cellules solaires en kesterite sont-elles compétitives sur le marché actuel?
Grâce à leur faible coût et leur non-toxicité, les cellules en kesterite commencent à devenir une alternative viable sur le marché du photovoltaïque, surtout en tandem avec le silicium.
Quelles sont les innovations récentes ayant amélioré l’efficacité de la kesterite?
Les récentes avancées incluent l’amélioration des procédés de cristallisation, les traitements chimiques innovants, et la compatibilité avec les cellules à base de silicium.
Les cellules solaires à base de kesterite sont-elles écologiques?
Étant composées de matériaux abondants et non toxiques comme le cuivre, le zinc et l’étain, ces cellules solaires sont une option respectueuse de l’environnement comparée aux technologies en silicium ou CIGS.
