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

Les cellules solaires à pérovskite gagnent du terrain en tant que nouvelle génération de technologie photovoltaïque en raison de leur rendement élevé et de leur faible coût de fabrication. Avec les récents progrès dans le domaine des cellules solaires tandem à pérovskite, qui peuvent atteindre un rendement de plus de 30 %, le marché constate un intérêt accru pour l'adoption de ces cellules. En 2023, le taux de pénétration des cellules solaires à pérovskite en Chine n’était que d’environ 0,2 %, ce qui indique une présence faible mais croissante. Cependant, les recherches en cours et les politiques industrielles de soutien devraient stimuler l’adoption dans les années à venir.

Cellules solaires pérovskites : définition et classification

Les cellules solaires à pérovskite sont un type de cellule solaire de troisième génération qui utilise des semi-conducteurs aux halogénures organiques-inorganiques structurés en pérovskite comme matériaux absorbant la lumière. Ces cellules sont souvent appelées 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 des cellules solaires à pérovskite en Chine était d'environ 0,2 %. À mesure que la technologie continue d’évoluer, 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 solaires à pérovskite à simple jonction et en tandem. Une cellule à jonction unique contient une simple structure « sandwich » de couches de pérovskite. En revanche, les cellules solaires tandem à base de pérovskite peuvent empiler plusieurs couches de pérovskite ou les combiner avec des cellules traditionnelles à base de silicium pour créer une structure qui capture une gamme plus large du spectre solaire. En fonction des matériaux utilisés, les cellules tandem peuvent suivre différentes configurations, notamment les cellules tandem silicium/pérovskite, les cellules solaires tandem toutes pérovskites et les cellules tandem à couches minces/pérovskite telles que les cellules tandem CIGS/pérovskite.

Politiques industrielles

Ces dernières années, la Chine a mis en œuvre de multiples politiques pour encourager le développement et l’innovation de l’industrie des cellules solaires à pérovskite. En janvier 2023, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, ainsi que cinq autres départements, ont publié des « Avis directeurs sur la promotion du développement de l'industrie de l'électronique énergétique », qui proposaient le développement coordonné de cellules solaires à pérovskite (y compris les cellules tandem pérovskite/silicium). , cellules à couches minces de silicium amorphe/microcristallin et autres technologies à couches minces à haut rendement. L'objectif est d'élargir les domaines d'application pour inclure les composants BIPV, les composants automobiles et les 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 de cellules photovoltaïques en silicium cristallin et de matériaux composés en couches minces. Cela comprend les technologies de silicium monocristallin de grande taille, de silicium polycristallin et de couches minces, ainsi que les nouveaux matériaux de cellules solaires pérovskites à haut rendement et les cellules à couches minces CIGS. L’objectif est de construire une chaîne 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 pérovskites

L’histoire des cellules solaires à pérovskite a commencé en 1839 lorsque le scientifique allemand Gustav Rose a découvert le minéral pérovskite. En 2006, les cellules solaires à pérovskite ont été utilisées pour la première fois dans des applications photovoltaïques. En 2009, le scientifique japonais Miyasaka a utilisé des matériaux pérovskites comme absorbeurs de lumière dans des cellules solaires sensibilisées aux colorants, atteignant un rendement de conversion d'énergie de 3,8 %. En octobre 2021, des chercheurs de l’Institut coréen des sciences et technologies avaient atteint un rendement de 25,8 % pour les cellules solaires à pérovskite à jonction unique.

En août 2022, l’Académie chinoise des sciences faisait état d’une efficacité de 25,6 %. En octobre 2020, le Laboratoire national des énergies renouvelables du Département américain de l'énergie a atteint un rendement de 23,1 % pour toutes les cellules solaires tandem à pérovskite. En décembre 2020, la société britannique Oxford PV a établi un record avec un rendement de 29,5 % pour les cellules tandem pérovskite/silicium. Le Centre Helmholtz allemand a augmenté ce chiffre 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 (NREL) américano-chinois a certifié qu'une cellule tandem pérovskite-silicium développée par la société photovoltaïque chinoise Longi Green Energy a atteint un rendement de 33,9 %, le record le plus élevé pour les cellules tandem pérovskite-silicium au monde. .

Barrières industrielles

1. Obstacles techniques
Le développement de cellules solaires à pérovskite nécessite une expertise technique importante et des recherches à long terme. Les nouveaux entrants dans l’industrie des cellules solaires à pérovskite sont confrontés au défi de percer dans des technologies critiques et de parvenir à des applications matures, ce qui peut prendre 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 capacités techniques élevées. Sans maîtriser ces technologies de base, les entreprises auront du mal à produire des produits compétitifs.

2. Barrières de marque
L’industrie des cellules solaires à pérovskite se heurte à des barrières élevées à l’entrée des marques. Les facteurs clés qui influencent les choix des clients comprennent la sécurité des produits, la stabilité, la cohérence et les capacités de réponse rapide. 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 capacités globales et de marques établies sont plus susceptibles de gagner la confiance des clients et de se démarquer dans le secteur.

3. Barrières anti-échelle
L’industrie des cellules solaires à pérovskite se heurte également à des barrières d’échelle importantes. La production à grande échelle bénéficie d’économies d’échelle, donnant aux entreprises financièrement solides un avantage significatif en matière d’approvisionnement en matières premières et d’opérations de production. De plus, des investissements continus sont nécessaires pour garder une longueur d’avance dans le développement technologique. Seules les grandes entreprises peuvent maintenir leur avantage concurrentiel grâce à une innovation et une recherche continues.

Chaîne industrielle

1. Analyse de la chaîne industrielle des cellules solaires pérovskites

La chaîne industrielle des cellules solaires à pérovskite se compose de segments en amont, au milieu et en aval. Le segment en amont comprend les matières premières et les équipements, tels que les composés pérovskites, les matériaux cibles, le verre TCO et les matériaux absorbant la lumière. Les équipements clés comprennent les machines de revêtement, les machines laser, les équipements de dépôt et les machines d'encapsulation. Le secteur intermédiaire se concentre sur la fabrication de cellules solaires à base de pérovskite, tandis que le segment en aval implique des 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 (Amperex Technology Co., Ltd. contemporaine)

Fondé en 2011, CATL est l'un des principaux fabricants de batteries de puissance en Chine, se concentrant sur les systèmes d'alimentation des véhicules à énergie nouvelle, les systèmes de stockage d'énergie et d'autres applications. Leurs technologies de base couvrent toute la chaîne de valeur, depuis les matériaux et les cellules de batterie jusqu'à l'intégration de systèmes et le recyclage des batteries. CATL s'est associé à plusieurs grands constructeurs automobiles nationaux et a établi une forte présence sur les marchés mondiaux.

Dans le domaine des cellules solaires à pérovskite, CATL considère les cellules solaires tandem à pérovskite comme une technologie future clé et accélère activement ses efforts de recherche et d’industrialisation. Ils font également progresser la production à échelle pilote pour poursuivre leurs ambitions dans le secteur photovoltaïque.

2.2 Longi Green Energy Technology Co., Ltd.

Créée en 2000, Longi Green Energy s'engage à devenir l'entreprise de technologie solaire la plus précieuse au monde. La société se concentre sur l'innovation technologique, proposant des solutions concernant les plaquettes de silicium monocristallin, les cellules, les modules, les systèmes photovoltaïques distribués et l'énergie hydrogène. Avec pour mission de marque « d'utiliser pleinement les rayons du soleil pour créer un monde d'énergie verte », Longi est devenu un leader mondial dans le domaine des technologies à base de silicium à haut rendement.

En novembre 2022, Longi a établi un record mondial d’efficacité des cellules solaires à base de silicium à 26,81 %. D'ici novembre 2023, le projet auto-développé de Longicellule solaire tandem à pérovskitea atteint une efficacité de 33,9%, établissant un nouveau record mondial. En 2023, les revenus de Longi provenant des modules et des cellules ont augmenté de 16,91 % d'une année sur l'autre, atteignant 99,199 milliards de RMB, principalement en raison de la hausse des ventes de modules solaires.

Statut actuel de l'industrie

Actuellement, les nouveaux fabricants de cellules solaires à pérovskite en Chine entrent rapidement sur le marché, faisant ainsi avancer l’industrialisation des cellules solaires à pérovskite. La technologie en est encore à ses premiers stades de commercialisation, avec des itérations continues dans la structure cellulaire, les systèmes de matériaux, les processus de fabrication et les 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 %. À mesure que la technologie continue de progresser, 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, plusieurs défis restent à relever pour leur adoption généralisée. L’un des principaux obstacles est la difficulté d’obtenir une stabilité et une fiabilité à long terme, car il est connu que les cellules solaires à pérovskite se dégradent plus rapidement que les cellules traditionnelles à base de silicium. De plus, le coût des cellules solaires à pérovskite doit être réduit pour devenir compétitif par rapport aux autres technologies. Les entreprises doivent également relever les défis de l’augmentation de la production et surmonter les obstacles réglementaires pour garantir que les cellules solaires à pérovskite soient à la fois efficaces et abordables.

Avantages des cellules solaires pérovskites

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 futures solutions énergétiques. Vous trouverez ci-dessous quelques avantages clés des cellules solaires à pérovskite :

1. Haute efficacité: L'efficacité des cellules solaires à pérovskite a rapidement augmenté ces dernières années, atteignant plus de 25 % pour les cellules à jonction unique et encore plus pour les cellules solaires tandem à pérovskite. Cette amélioration rapide est l’une des principales raisons pour lesquelles la technologie est considérée comme très attractive.
2. Faible coût: L'un des principaux avantages des cellules solaires à pérovskite est leur moindre coût de production. Le processus de fabrication des cellules solaires à pérovskite est moins complexe et moins gourmand en énergie que celui des cellules au silicium traditionnelles, ce qui entraîne potentiellement des prix plus bas.
3. Léger et flexible: Les cellules solaires flexibles en pérovskite peuvent être produites sur divers substrats, y compris des films plastiques, ce qui les rend idéales pour les applications où la légèreté et la flexibilité sont cruciales. Cette fonctionnalité ouvre de nouvelles possibilités pour les solutions énergétiques portables et portables.
4. Bande interdite personnalisable: La bande interdite des cellules solaires à pérovskite peut être ajustée en ajustant la composition chimique, leur permettant de capter un spectre de lumière solaire plus large. Cette propriété est particulièrement bénéfique pour la création de cellules solaires tandem entièrement à base de pérovskite à haut rendement.

Applications des cellules solaires pérovskites

Laapplications des cellules solaires pérovskitess'étendent au-delà des installations solaires conventionnelles sur les toits. Leur polyvalence permet une intégration dans un large éventail de contextes :

1. Photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV): Les applications des cellules solaires pérovskites incluent leur incorporation dans des matériaux de construction tels que les fenêtres et les façades. La transparence et l'esthétique des cellules les rendent adaptées aux projets BIPV.
2. Appareils portables et portables: La nature légère des cellules solaires flexibles en pérovskite les rend idéales pour les appareils électroniques à petite échelle, tels que les chargeurs portables, les appareils portables et les capteurs.
3. Industrie automobile: Les cellules solaires pérovskites 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 leurs propriétés de légèreté et de haut rendement, les cellules solaires à pérovskite sont à l'étude pour être utilisées dans des panneaux solaires spatiaux.

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Défis liés à la commercialisation des cellules solaires à pérovskite

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

1. Problèmes de stabilité: Un défi important pour les fabricants de cellules solaires à pérovskite consiste à assurer la stabilité à long terme dans des conditions réelles. L’exposition à l’humidité, à l’oxygène et aux rayons UV peut dégrader les matériaux cellulaires, affectant ainsi leur durée de vie.
2. Évolutivité: Passer d'une production à l'échelle du laboratoire à une fabrication à grande échelle est une tâche complexe. Maintenir le rendement élevé des cellules solaires à pérovskite tout en augmentant la production constitue un obstacle majeur.
3. Problèmes de toxicité: L'utilisation de plomb dans les cellules solaires à pérovskite soulève des préoccupations environnementales et sanitaires. Les chercheurs travaillent au développement d’alternatives sans plomb, mais celles-ci n’atteignent pas encore les performances des cellules pérovskites 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 diminuer pour une adoption généralisée sur le marché.

Structure des cellules solaires pérovskites

Lastructure des cellules solaires pérovskitesest relativement simple par rapport aux cellules au silicium traditionnelles. Il 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 pérovskite: La 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 positifs) 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 courante est la suivante : les cellules solaires à pérovskite sont-elles disponibles dans le commerce ? 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, l’adoption généralisée de la production d’électricité à grande échelle en est encore à ses débuts en raison des défis mentionnés précédemment. À mesure que la technologie progresse et que le prix des cellules solaires à pérovskite diminue, la disponibilité commerciale devrait augmenter.

Perspectives d'avenir

L’avenir des cellules solaires à pérovskite est prometteur, avec des recherches en cours visant à surmonter les obstacles existants et à améliorer les performances. Des efforts continus pour répondre aux préoccupations en matière de stabilité, d’évolutivité et d’environnement seront cruciaux pour la commercialisation réussie des cellules solaires à pérovskite. En conséquence, 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 ?

Comprendre le fonctionnement des cellules solaires à pérovskite nécessite d’examiner leur structure unique et la manière dont elles convertissent la lumière du soleil 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 à pérovskite, la couche de pérovskite absorbe des photons, qui excitent ensuite les électrons du matériau, créant ainsi des paires électron-trou (également appelées excitons).
2. Séparation des charges: Les excitons sont séparés en électrons libres et en trous, qui sont collectés par les couches de transport d'électrons et de trous. La couche de transport d'électrons (ETL) transfère les électrons vers 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 produite est du courant continu (DC), qui peut être converti en courant alternatif (AC) pour une utilisation 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 progrès récents ont conduit au développement de cellules solaires à pérovskite inversée utilisant des dopants à base de diméthylacridine. Dans les cellules pérovskites classiques, les électrons et les trous se déplacent dans une direction particulière, mais les structures inversées inversent cette configuration. Les cellules solaires à pérovskite inversée permettent d’obtenir une meilleure stabilité et sont plus faciles à intégrer dans des configurations en tandem.

L'ajout de dopants à base de diméthylacridine améliore les performances de la couche de transport de trous, augmentant ainsi l'efficacité globale de la cellule. Cette innovation constitue une étape 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 base de pérovskite constituent une technologie révolutionnaire qui peut être utilisée dans des applications où les panneaux solaires rigides traditionnels ne conviennent pas. En utilisant des substrats flexibles tels que du plastique ou de fines feuilles métalliques, ces cellules peuvent être pliées, roulées ou même pliées sans perdre en efficacité. Cela les rend idéaux pour les solutions d’alimentation portables, les technologies portables et les surfaces courbes telles que les toits de voitures.

Le principal défi des cellules solaires flexibles à base de pérovskite est de maintenir leur stabilité et leurs performances sous contrainte mécanique. Cependant, les 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 futures solutions énergétiques.

Fabricants de cellules solaires en pérovskite

Actuellement, quelques fabricants clés de cellules solaires à pérovskite sont à la tête de la commercialisation de cette technologie. Certains des principaux fabricants de cellules solaires à pérovskite comprennent :

1. Oxford PV: Une société basée au Royaume-Uni spécialisée dans les cellules solaires tandem à pérovskite. Oxford PV a établi plusieurs records d'efficacité et se concentre désormais sur l'augmentation de la production à des fins commerciales.
2. Saule Technologies: Une entreprise polonaise pionnière dans les cellules solaires flexibles à pérovskite. Saule Technologies vise à amener les cellules solaires à pérovskite à une variété d'applications, du photovoltaïque intégré aux bâtiments (BIPV) à l'électronique portable.
3. GCL-Poly Energy Holdings: Une 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 d'entrer sur le marché commercial dans les années à venir.
4. Hunt Pérovskite Technologies: Basée aux États-Unis, Hunt Perovskite Technologies s'efforce de résoudre les problèmes de stabilité des cellules solaires à pérovskite et vise à introduire cette technologie sur le marché nord-américain.

Ces fabricants de cellules solaires à pérovskite sont à la pointe de l’innovation et font avancer l’industrie. À mesure que la recherche progresse et que la production augmente, 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 semble prometteur alors que les chercheurs continuent 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 au silicium existantes, toutes les cellules solaires tandem à pérovskite pourraient bientôt ouvrir la voie à une nouvelle ère dans le domaine de l’énergie solaire. À mesure que le coût des cellules solaires à pérovskite diminue et que la technologie évolue, 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.