2024 Les cellules solaires à pérovskite sont-elles disponibles dans le commerce ?

Les cellules solaires à pérovskite gagnent en popularité en tant que nouvelle génération de technologie photovoltaïque grâce à leur rendement élevé et à leur faible coût de fabrication. Grâce aux récentes avancées dans le domaine des cellules solaires tandem à pérovskite, dont le rendement peut dépasser 30%, le marché constate un intérêt croissant pour ces cellules. En 2023, le taux de pénétration des cellules solaires à pérovskite en Chine n'était que d'environ 0,2%, ce qui témoigne d'une présence modeste mais croissante. Cependant, les recherches en cours et les politiques industrielles de soutien devraient stimuler leur adoption dans les années à venir.

Cellules solaires à pérovskite : définition et classification

Les cellules solaires à pérovskite sont un type de cellule solaire de troisième génération qui utilise des semi-conducteurs halogénures organiques-inorganiques à structure pérovskite comme matériaux absorbant la lumière. Ces cellules sont souvent qualifiées de cellules solaires de nouvelle génération en raison de leur structure unique et de leur rendement élevé. Actuellement, les cellules solaires à pérovskite ont atteint une étape cruciale pour leur commercialisation. Selon les données de 2023, la pénétration du marché chinois des cellules solaires à pérovskite était d'environ 0,2%. Avec l'évolution continue de la technologie, le taux d'adoption des cellules solaires à pérovskite en Chine devrait augmenter à l'avenir.

Il existe deux principaux types de cellules solaires à pérovskite : les cellules à simple jonction et les cellules à pérovskite en tandem. Une cellule à simple jonction présente une structure simple en sandwich de couches de pérovskite. En revanche, les cellules à pérovskite en tandem peuvent empiler plusieurs couches de pérovskite ou les combiner avec des cellules traditionnelles à base de silicium pour créer une structure captant une plus large gamme du spectre solaire. Selon les matériaux utilisés, les cellules en tandem peuvent adopter différentes configurations, notamment des cellules tandem silicium/pérovskite, des cellules tandem tout pérovskite et des cellules tandem couche mince/pérovskite, comme les cellules tandem CIGS/pérovskite.

Politiques de l'industrie

Ces dernières années, la Chine a mis en œuvre de nombreuses politiques pour encourager le développement et l'innovation dans le secteur des cellules solaires à pérovskite. En janvier 2023, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, en collaboration avec cinq autres ministères, a publié des « Avis d'orientation sur la promotion du développement de l'industrie de l'électronique énergétique », qui proposaient un développement coordonné des cellules solaires à pérovskite (notamment les cellules tandem pérovskite/silicium), des cellules à couches minces en silicium amorphe/microcristallin et d'autres technologies à couches minces à haut rendement. L'objectif est d'élargir les domaines d'application aux composants BIPV, aux composants automobiles et aux applications extérieures.

En mars 2024, le Bureau du gouvernement provincial du Henan a publié l'« Avis sur l'accélération de la percée des six nouvelles industries manufacturières », soulignant la nécessité de se concentrer sur le développement de matériaux pour cellules photovoltaïques en silicium cristallin et de matériaux composites à couches minces. Cela comprend les technologies de silicium monocristallin de grande taille, de silicium polycristallin et de couches minces, ainsi que les nouveaux matériaux pour cellules solaires à pérovskite à haut rendement et les cellules à couches minces CIGS. L'objectif est de construire une filière industrielle complète couvrant le silane, le silicium granulaire, les plaquettes de silicium monocristallin, les cellules de batterie et les centrales électriques.

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Histoire des cellules solaires à pérovskite

L'histoire des cellules solaires à pérovskite débute en 1839, lorsque le scientifique allemand Gustav Rose découvre le minéral pérovskite. En 2006, les cellules solaires à pérovskite sont utilisées pour la première fois dans des applications photovoltaïques. En 2009, le scientifique japonais Miyasaka utilise des matériaux à base de pérovskite comme absorbeurs de lumière dans des cellules solaires à colorant, atteignant un rendement de conversion de puissance de 3,8%. En octobre 2021, des chercheurs de l'Institut coréen des sciences et technologies ont atteint un rendement de 25,8% pour les cellules solaires à pérovskite à simple jonction.

En août 2022, l'Académie chinoise des sciences a annoncé un rendement de 25,6%. En octobre 2020, le Laboratoire national des énergies renouvelables du Département de l'Énergie des États-Unis a atteint un rendement de 23,1% pour toutes les cellules solaires tandem pérovskites. En décembre 2020, l'entreprise britannique Oxford PV a établi un record avec un rendement de 29,5% pour ses cellules tandem pérovskites/silicium. Le Centre Helmholtz allemand a porté ce rendement à 29,8% en novembre 2021, et en juillet 2022, l'EPFL suisse a atteint 31,3%.

Le 3 novembre 2023, le Laboratoire national des énergies renouvelables américano-chinois (NREL) a certifié qu'une cellule tandem pérovskite-silicium développée par la société photovoltaïque chinoise Longi Green Energy a atteint une efficacité de 33,9%, le record le plus élevé pour les cellules tandem pérovskite-silicium au monde.

Obstacles industriels

1. Obstacles techniques
Le développement de cellules solaires à pérovskite requiert une expertise technique importante et des recherches de longue haleine. Les nouveaux entrants dans ce secteur doivent relever le défi de percer des technologies critiques et de parvenir à des applications matures, ce qui peut demander beaucoup de temps et d'efforts. La recherche et la production de matériaux, de cellules, de modules, de packs de batteries et de systèmes de gestion de batteries exigent toutes des compétences techniques élevées. Sans la maîtrise de ces technologies fondamentales, les entreprises auront du mal à produire des produits compétitifs.

2. Barrières de marque
Le secteur des cellules solaires à pérovskite présente d'importantes barrières à l'entrée pour les marques. Les principaux facteurs influençant le choix des clients sont la sécurité, la stabilité, la cohérence et la réactivité des produits. Il faut généralement beaucoup de temps pour que les produits soient validés par le marché et gagnent la confiance des clients. Les entreprises dotées de solides compétences et de marques établies sont plus susceptibles de gagner la confiance des clients et de se démarquer dans le secteur.

3. Barrières d'échelle
L'industrie des cellules solaires à pérovskite présente également d'importantes contraintes d'échelle. La production à grande échelle bénéficie d'économies d'échelle, ce qui confère aux entreprises financièrement solides un avantage significatif en matière d'approvisionnement en matières premières et de production. De plus, des investissements continus sont nécessaires pour conserver une longueur d'avance en matière de développement technologique. Seules les grandes entreprises peuvent maintenir leur avantage concurrentiel grâce à l'innovation et à la recherche continues.

Chaîne industrielle

1. Analyse de la chaîne industrielle des cellules solaires à pérovskite

La filière des cellules solaires à pérovskite comprend des segments amont, intermédiaire et aval. Le segment amont comprend les matières premières et les équipements, tels que les composés à pérovskite, les matériaux cibles, le verre TCO et les matériaux absorbant la lumière. Les principaux équipements comprennent les machines de revêtement, les machines laser, les équipements de dépôt et les machines d'encapsulation. Le segment intermédiaire se concentre sur la fabrication de cellules solaires à pérovskite, tandis que le segment aval concerne les applications dans les industries photovoltaïques, la production de LED, les catalyseurs, les batteries métal-air, les matériaux de détection de gaz et les matériaux de refroidissement magnétique.

2. Analyse des entreprises leaders

2.1 CATL (Contemporary Amperex Technology Co., Ltd.)

Fondée en 2011, CATL est l'un des principaux fabricants de batteries électriques en Chine, spécialisé dans les systèmes d'alimentation pour véhicules à énergies nouvelles, les systèmes de stockage d'énergie et d'autres applications. Ses technologies clés couvrent l'ensemble de la chaîne de valeur, des matériaux et cellules de batterie à l'intégration système et au recyclage des batteries. CATL a noué des partenariats avec plusieurs grands constructeurs automobiles nationaux et s'est forgé une solide présence sur les marchés mondiaux.

Dans le domaine des cellules solaires à pérovskite, CATL considère les cellules solaires tandem à pérovskite comme une technologie d'avenir clé et accélère activement ses efforts de recherche et d'industrialisation. L'entreprise progresse également dans la production pilote pour concrétiser ses ambitions dans le secteur photovoltaïque.

2.2 Longi Green Energy Technology Co., Ltd.

Fondée en 2000, Longi Green Energy s'engage à devenir l'entreprise de technologie solaire la plus rentable au monde. L'entreprise se concentre sur l'innovation technologique et propose des solutions pour les plaquettes de silicium monocristallin, les cellules, les modules, les systèmes photovoltaïques distribués et l'énergie hydrogène. Avec pour mission de « tirer pleinement parti des rayons du soleil pour créer un monde énergétique vert », Longi est devenue un leader mondial des technologies à base de silicium à haut rendement.

En novembre 2022, Longi a établi un record mondial d'efficacité pour ses cellules solaires au silicium, avec 26,811 TP3T. En novembre 2023, Longi a développé sa propre technologie. cellule solaire tandem à pérovskite Le rendement a atteint 33,91 TP3T, établissant un nouveau record mondial. En 2023, le chiffre d'affaires de Longi provenant des modules et cellules a augmenté de 16,911 TP3T par rapport à l'année précédente, pour atteindre 99,199 milliards de RMB, principalement grâce à la hausse des ventes de modules solaires.

État actuel de l'industrie

Actuellement, les nouveaux fabricants chinois de cellules solaires à pérovskite pénètrent rapidement le marché, propulsant ainsi leur industrialisation. La technologie en est encore à ses débuts de commercialisation, avec des améliorations continues de la structure cellulaire, des systèmes de matériaux, des procédés de fabrication et des équipements de production. Les fabricants de cellules solaires à pérovskite valident activement diverses voies techniques et accélèrent le processus de production de masse. En 2023, le taux de pénétration des cellules solaires à pérovskite en Chine s'élevait à 0,2%. Avec la maturation de la technologie, le taux d'adoption des cellules solaires à pérovskite devrait augmenter à l'avenir.

Opportunités et défis futurs

Malgré l'avenir prometteur des cellules solaires à pérovskite, leur adoption généralisée reste confrontée à plusieurs défis. L'un des principaux obstacles réside dans la difficulté d'assurer stabilité et fiabilité à long terme, car les cellules solaires à pérovskite se dégradent plus rapidement que les cellules traditionnelles à base de silicium. De plus, leur coût doit être réduit pour devenir compétitif face aux autres technologies. Les entreprises doivent également relever les défis de l'augmentation de la production et surmonter les obstacles réglementaires pour garantir des cellules solaires à pérovskite à la fois performantes et abordables.

Avantages des cellules solaires à pérovskite

Les cellules solaires à pérovskite offrent plusieurs avantages significatifs par rapport aux cellules solaires traditionnelles à base de silicium, ce qui en fait une technologie prometteuse pour les solutions énergétiques du futur. Voici quelques-uns de leurs principaux avantages :

1. Haute efficacitéLe rendement des cellules solaires à pérovskite a rapidement progressé ces dernières années, atteignant plus de 251 TP3T pour les cellules à simple jonction, et même plus pour les cellules solaires tandem à pérovskite. Cette amélioration rapide est l'une des principales raisons pour lesquelles cette technologie est considérée comme très attractive.
2. Faible coûtL'un des principaux avantages des cellules solaires à pérovskite est leur faible coût de production. Leur procédé de fabrication est moins complexe et moins énergivore que celui des cellules au silicium traditionnelles, ce qui permet de réduire potentiellement leurs prix.
3. Léger et flexibleLes cellules solaires flexibles à pérovskite peuvent être produites sur divers substrats, notamment des films plastiques, ce qui les rend idéales pour les applications où légèreté et flexibilité sont essentielles. Cette caractéristique ouvre de nouvelles perspectives pour les solutions énergétiques portables et portables.
4. Bande interdite personnalisableLa bande interdite des cellules solaires à pérovskite peut être ajustée en modifiant leur composition chimique, ce qui leur permet de capter un spectre solaire plus large. Cette propriété est particulièrement avantageuse pour la création de cellules solaires tandem tout pérovskite à haut rendement.

Applications des cellules solaires à pérovskite

Le applications des cellules solaires à pérovskite Elles vont au-delà des installations solaires conventionnelles sur les toits. Leur polyvalence permet une intégration dans une grande variété de contextes :

1. Photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV)Les cellules solaires à pérovskite sont notamment utilisées dans les matériaux de construction tels que les fenêtres et les façades. Leur transparence et leur esthétique les rendent idéales pour les projets BIPV.
2. Appareils portables et portables:La nature légère des cellules solaires à pérovskite flexibles les rend idéales pour l'électronique à petite échelle, comme les chargeurs portables, les appareils portables et les capteurs.
3. Industrie automobile:Les cellules solaires à pérovskite peuvent être intégrées dans les véhicules pour fournir une puissance supplémentaire à l'électronique embarquée ou même charger partiellement les véhicules électriques.
4. Applications spatiales:En raison de leur légèreté et de leur haute efficacité, les cellules solaires à pérovskite sont étudiées pour une utilisation dans les panneaux solaires spatiaux.

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Les défis de la commercialisation des cellules solaires à pérovskite

Malgré leur potentiel, plusieurs défis pour la commercialisation des cellules solaires à pérovskite doivent être relevés avant qu'elles puissent être largement adoptées :

1. Problèmes de stabilitéUn défi majeur pour les fabricants de cellules solaires à pérovskite est de garantir leur stabilité à long terme en conditions réelles. L'exposition à l'humidité, à l'oxygène et aux UV peut dégrader les matériaux des cellules et affecter leur durée de vie.
2. Évolutivité:La transition de la production en laboratoire à la fabrication à grande échelle est une tâche complexe. Maintenir un rendement élevé des cellules solaires à pérovskite tout en augmentant la production constitue un obstacle majeur.
3. Préoccupations liées à la toxicitéL'utilisation du plomb dans les cellules solaires à pérovskite soulève des inquiétudes environnementales et sanitaires. Les chercheurs s'efforcent de développer des alternatives sans plomb, mais celles-ci n'atteignent pas encore les performances des cellules à pérovskite traditionnelles.
4. Coût des cellules solaires à pérovskite:Bien que les cellules solaires à pérovskite soient moins chères à produire que les cellules au silicium, le prix global des cellules solaires à pérovskite doit encore baisser pour une adoption généralisée sur le marché.

Structure des cellules solaires à pérovskite

Le structure des cellules solaires à pérovskite est relativement simple par rapport aux cellules silicium traditionnelles. Elle comprend généralement une couche absorbante en pérovskite prise en sandwich entre deux couches de transport :

1. Couche de transport d'électrons (ETL):Cette couche permet de transférer les électrons générés dans la couche de pérovskite vers le circuit externe.
2. Couche de pérovskiteLa couche de pérovskite est le cœur de la cellule, où se produisent l'absorption de la lumière et la génération de paires électron-trou. Cette couche peut être personnalisée pour optimiser les performances de la cellule.
3. Couche de transport de trous (HTL):Cette couche collecte les trous (porteurs de charge positive) et les transfère au circuit.
4. Substrat:La cellule entière est généralement construite sur un substrat, qui peut être rigide (verre) ou flexible (plastique), selon l'application.

Les cellules solaires à pérovskite sont-elles disponibles dans le commerce ?

Une question fréquente est : les cellules solaires à pérovskite sont-elles disponibles commercialement ? Actuellement, seul un nombre limité de fabricants de cellules solaires à pérovskite ont commencé leur commercialisation à petite échelle. Certaines entreprises proposent des cellules solaires à pérovskite pour des applications de niche, telles que l'électronique portable et la recherche. Cependant, leur adoption généralisée pour la production d'électricité à grande échelle n'en est qu'à ses débuts en raison des défis mentionnés précédemment. Avec les progrès technologiques et la baisse du prix des cellules solaires à pérovskite, leur disponibilité commerciale devrait s'accroître.

Perspectives d'avenir

L'avenir des cellules solaires à pérovskite est prometteur, grâce à des recherches continues visant à surmonter les obstacles existants et à améliorer les performances. Des efforts continus pour répondre aux préoccupations environnementales, notamment en matière de stabilité et d'évolutivité, seront essentiels au succès de la commercialisation des cellules solaires à pérovskite. Par conséquent, les fabricants de cellules solaires à pérovskite investissent massivement dans la recherche et le développement, faisant de cette technologie une technologie à surveiller sur le marché des énergies renouvelables.

Comment fonctionnent les cellules solaires à pérovskite ?

Pour comprendre le fonctionnement des cellules solaires à pérovskite, il faut examiner leur structure unique et la façon dont elles convertissent la lumière solaire en électricité. Le processus peut être résumé en quelques étapes clés :

1. Absorption de la lumière:Lorsque la lumière du soleil frappe la cellule solaire en pérovskite, la couche de pérovskite absorbe les photons, qui excitent ensuite les électrons du matériau, créant des paires électron-trou (également appelées excitons).
2. Séparation des chargesLes excitons sont séparés en électrons libres et en trous, collectés par les couches de transport d'électrons et de trous. La couche de transport d'électrons (ETL) transfère les électrons à l'électrode, tandis que la couche de transport de trous (HTL) dirige les trous vers l'électrode opposée.
3. Recouvrement des frais:Les électrons et les trous séparés se déplacent vers leurs électrodes respectives, créant un courant électrique. Ce courant peut ensuite être utilisé pour alimenter des appareils externes.
4. Conversion d'énergie:L'électricité générée est du courant continu (CC), qui peut être converti en courant alternatif (CA) pour être utilisé dans la plupart des applications résidentielles et commerciales.

En optimisant chaque couche et en améliorant la qualité des matériaux, les chercheurs améliorent continuellement l’efficacité des cellules solaires à pérovskite.

Cellules solaires à pérovskite inversée utilisant des dopants à base de diméthylacridine

Des avancées récentes ont conduit au développement de cellules solaires à pérovskite inversée utilisant des dopants à base de diméthylacridine. Dans les cellules à pérovskite conventionnelles, les électrons et les trous se déplacent dans une direction particulière, tandis que les structures inversées inversent cette configuration. Les cellules solaires à pérovskite inversée offrent une meilleure stabilité et sont plus faciles à intégrer dans des configurations tandem.

L'ajout de dopants à base de diméthylacridine améliore les performances de la couche de transport de trous, augmentant ainsi le rendement global de la cellule. Cette innovation constitue une avancée vers la résolution de certains problèmes de stabilité à long terme des cellules solaires à pérovskite.

Cellules solaires flexibles en pérovskite

Les cellules solaires flexibles à pérovskite constituent une technologie révolutionnaire qui peut être utilisée dans des applications où les panneaux solaires rigides traditionnels ne conviennent pas. Grâce à des substrats flexibles comme le plastique ou de fines feuilles métalliques, ces cellules peuvent être courbées, roulées ou même pliées sans perte d'efficacité. Elles sont donc idéales pour les solutions d'alimentation portables, les technologies portables et les surfaces courbes comme les toits de voiture.

Le principal défi des cellules solaires flexibles à pérovskite est de maintenir leur stabilité et leurs performances sous contrainte mécanique. Cependant, des recherches en cours visent à améliorer la durabilité et la durée de vie de ces cellules flexibles, ce qui en fait une option prometteuse pour les solutions énergétiques du futur.

Fabricants de cellules solaires à pérovskite

Actuellement, quelques fabricants majeurs de cellules solaires à pérovskite sont à la pointe de la commercialisation de cette technologie. Parmi les principaux fabricants de cellules solaires à pérovskite, on trouve :

1. Oxford PV: Entreprise britannique spécialisée dans les cellules solaires tandem à pérovskite, Oxford PV a établi de nombreux records d'efficacité et se concentre désormais sur l'augmentation de sa production pour un usage commercial.
2. Saule Technologies: Entreprise polonaise pionnière dans le domaine des cellules solaires à pérovskite flexibles, Saule Technologies vise à intégrer les cellules solaires à pérovskite à diverses applications, du photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) à l'électronique portable.
3. GCL-Poly Energy Holdings: Entreprise chinoise activement impliquée dans la recherche et le développement de cellules solaires à pérovskite, GCL investit dans des installations de production à grande échelle et prévoit de pénétrer le marché commercial dans les années à venir.
4. Technologies de la pérovskite Hunt:Basée aux États-Unis, Hunt Perovskite Technologies travaille à surmonter les problèmes de stabilité des cellules solaires à pérovskite et vise à amener cette technologie sur le marché nord-américain.

Ces fabricants de cellules solaires à pérovskite sont à la pointe de l'innovation et font progresser le secteur. À mesure que la recherche progresse et que la production s'intensifie, de plus en plus d'entreprises devraient rejoindre le marché.

Conclusion : potentiel futur des cellules solaires à pérovskite

L'avenir des cellules solaires à pérovskite s'annonce prometteur, les chercheurs continuant de relever des défis tels que la stabilité et l'évolutivité. Grâce à leurs propriétés uniques et à leur potentiel de combinaison avec les cellules silicium existantes, toutes les cellules solaires tandem à pérovskite pourraient bientôt ouvrir une nouvelle ère dans l'énergie solaire. Avec la baisse du coût des cellules solaires à pérovskite et la maturité de la technologie, ces cellules devraient jouer un rôle clé sur le marché mondial des énergies renouvelables, offrant une solution plus abordable et plus efficace pour la production d'énergie solaire.

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