Panneaux solaires nouvelle génération : Tandem PV vise 37 % de rendement grâce à la pérovskite

Une avancée majeure pour le solaire à haute performance

L’industrie photovoltaïque s’apprête à franchir un cap décisif. Le fabricant américain Tandem PV, basé dans la région de Boston, annonce la commercialisation prochaine de panneaux solaires capables d’afficher un rendement supérieur à 30 %. Cette performance, longtemps considérée comme un plafond pour les cellules en silicium pur, est désormais à portée de main grâce à l’association d’une fine couche de pérovskite avec une cellule en silicium de dernière génération.

Cette technologie dite « tandem » ne se contente pas d’améliorer légèrement les performances. Elle redessine les équilibres économiques de tout le secteur solaire. L’entreprise indique en effet avoir déjà signé des lettres d’intention représentant près d’un milliard de dollars de ventes potentielles, soit environ 850 millions d’euros. De quoi accélérer la transition énergétique et bouleverser les calculs de rentabilité des grandes centrales photovoltaïques au sol.

Une architecture « 4T » pour combiner pérovskite et silicium

La spécificité de Tandem PV repose sur une architecture mécanique dite à quatre bornes, souvent abrégée en architecture « 4T ». Concrètement, la couche de pérovskite est déposée sur la vitre supérieure du panneau, au lieu d’être directement appliquée sur la cellule en silicium. Cette solution présente un double avantage. Elle permet d’utiliser des cellules en silicium standards disponibles sur le marché, et elle évite les problèmes d’instabilité liés au contact direct entre les deux matériaux.

Cette architecture offre une grande flexibilité aux fabricants. Tandem PV peut ainsi travailler avec n’importe quel type de cellule en silicium : PERC, TOPCon, HJT ou encore IBC. Le module record de l’entreprise, qui affiche un rendement impressionnant de 30,4 %, utilise une cellule IBC fournie par le fabricant Maxeon. La contribution respective des deux couches est remarquable : environ 22 % de rendement proviennent du silicium et environ 8 % proviennent de la couche de pérovskite.

Contrairement à d’autres concepts tandem qui nécessitent une refonte complète de la chaîne de production, l’approche 4T s’apparente davantage à un module de verre à pérovskite qui pourrait être industriAlisé progressivement. Les lignes de production de panneaux classiques pourraient ainsi être adaptées sans bouleversement technologique majeur.

Un calendrier commercial ambitieux et des premiers pas dès cette année

Tandem PV a récemment franchi une étape clé avec la livraison de son premier panneau conforme aux standards de production industrielle. Selon son PDG, Scott Wharton, les premières ventes commerciales devraient débuter avant la fin de l’année en cours. Cette entrée sur le marché se fera dans un premier temps avec un produit de taille modeste, destiné à valider la technologie en conditions réelles.

L’entreprise va également déployer des projets pilotes payants avec des producteurs indépendants d’électricité. Ces installations permettront de collecter des données précieuses sur la durabilité et les performances des panneaux. Elles serviront surtout à rassurer les banques et les investisseurs, qui exigent des retours d’expérience solides avant de financer de grandes centrales solaires. Scott Wharton estime que six à douze mois de tests en conditions réelles pourraient suffire pour convaincre les acteurs financiers.

La production à grande échelle, de l’ordre du gigawatt, est programmée pour 2028. Si la feuille de route technique tient ses promesses, les panneaux pourraient alors atteindre environ 34 % de rendement. Un seuil qui paraissait utopique il y a encore quelques années. Rappelons qu’une centrale solaire classique dans le monde affiche aujourd’hui un rendement de 22 à 24 %. Les meilleurs panneaux en silicium disponibles dans le commerce plafonnent à environ 25 %, un niveau déjà excellent mais qui demeure bien en deçà des ambitions de Tandem PV.

La pérovskite : une technologie prometteuse mais exigeante

Le principal défi des cellules à pérovskite reste leur dégradation dans le temps. Longtemps pointées du doigt pour leur sensibilité à l’humidité et aux rayons UV, les pérovskites ont fait l’objet d’intenses recherches visant à renforcer leur stabilité. Tandem PV affirme avoir franchi ce cap. L’entreprise vise une garantie de 30 ans, avec une perte de rendement limitée à moins de 1 % par an. Des tests menés pendant un an en extérieur sur les derniers modules de la société, verre des deux côtés, n’auraient montré aucune dégradation mesurable.

Cette fiabilité retrouvée est essentielle pour convaincre les producteurs indépendants d’électricité. Leur modèle économique repose sur des contrats d’achat d’électricité sur vingt à trente ans. Une baisse de performance trop rapide compromettrait la rentabilité des installations. La possibilité de proposer une garantie longue durée constituerait un signal fort envoyé au marché.

Un bond de rendement attendu chaque année

Tandem PV estime pouvoir gagner jusqu’à deux points de rendement par an, sans avoir besoin de nouvelles découvertes scientifiques majeures. Cette progression, principalement liée à l’optimisation des procédés de fabrication et des matériaux, permettrait d’atteindre un rendement de 37 % à partir de 2030. Un chiffre qui semble vertigineux, mais qui repose sur une logique industrielle simple : améliorer progressivement les interfaces entre les matériaux, la qualité cristalline de la pérovskite et l’absorption de la lumière.

À plus long terme, le potentiel théorique de la technologie tandem est encore supérieur. En empilant deux couches de pérovskite au-dessus de la cellule en silicium, il serait possible d’atteindre 45 %. Avec trois couches, les chercheurs envisagent même un rendement de 50 %. Il s’agit bien sûr de projections théoriques, mais elles confirment que la solution actuelle n’est pas un simple palier, mais le début d’une nouvelle trajectoire technologique.

Un avantage économique décisif pour les producteurs d’électricité

Le rendement d’un panneau solaire ne constitue pas seulement une prouesse technique. C’est avant tout un levier économique. Pour Scott Wharton, PDG de Tandem PV, un panneau qui génère 30 à 32 % d’électricité dans une centrale solaire rend beaucoup moins compétitif un panneau traditionnel à 23 % de rendement. Cette différence se mesure directement sur le coût actualisé de l’électricité (Levelized Cost of Electricity, LCOE), l’indicateur de référence utilisé par l’industrie pour évaluer la rentabilité des projets de production d’énergie.

Cette vision est partagée par les grands noms du secteur. Li Zhenguo, fondateur et président de LONGi Green Energy, le plus grand fabricant mondial de panneaux solaires, a déjà souligné qu’une hausse d’un seul point de rendement des cellules pouvait réduire de plus de 5 % le coût global d’un système solaire. Tandem PV estime que sa technologie pourrait améliorer de 15 à 25 % le coût actualisé de l’électricité d’une installation. Autrement dit, le gain de performance ne se limite pas au produit brut : il transforme profondément l’économie des projets solaires.

Cette amélioration du LCOE séduit particulièrement les producteurs indépendants d’électricité, toujours à la recherche de solutions abaissant leurs coûts de production. Leur intérêt se manifeste déjà par près d’un milliard de dollars de lettres d’intention collectées par Tandem PV. Avec un prix moyen annoncé de 0,40 dollar par watt, cela représente environ 2,5 gigawatts de capacité potentielle de panneaux, soit l’équivalent de plusieurs grandes centrales solaires.

Un positionnement stratégique sur le marché américain

L’entreprise vise en priorité les producteurs indépendants d’électricité exploitant de grandes centrales solaires au sol. Ce marché représente environ 80 % des installations aux États-Unis. C’est donc un débouché naturel pour une technologie qui attend des conditions d’ensoleillement direct et un suivi de puissance. En parallèle, Tandem PV explore d’autres leviers de croissance, notamment la vente de sa vitre supérieure recouverte de pérovskite à des fabricants de panneaux classiques. Ce modèle « vitre à pérovskite » permettrait à ces fabricants d’augmenter le rendement de leurs produits sans modifier leur ligne de fabrication.

La question douanière mérite également d’être évoquée. Les droits de douane américains sur les panneaux solaires importés ont récemment augmenté le prix des modules conventionnels. Cette évolution joue en faveur de Tandem PV, même si son PDG nuance cette influence. La technologie tandem n’entre en effet pas directement dans le champ des taxes appliquées aux importations. En revanche, la hausse du prix des panneaux classiques rend l’offre haute performance plus attractive sur le plan économique.

Un modèle industriel pensé pour les aides américaines

L’usine de Tandem PV est spécialement conçue pour tirer parti des incitations fiscales prévues par l’Inflation Reduction Act. Cette loi américaine encourage massivement la production locale d’équipements solaires. Le crédit d’impôt 45X permet notamment de récupérer jusqu’à 0,14 dollar par watt produit. En combinant les crédits accordés pour la fabrication de wafers, de cellules et de modules, l’entreprise espère réduire considérablement ses coûts de production initiaux.

Le coût de construction des capacités de production de verre à pérovskite est estimé à environ 85 millions d’euros par gigawatt de capacité. C’est un coût significatif, mais bien inférieur à celui d’une usine de cellules en silicium de même capacité. La technologie tandem permet ainsi de réduire le besoin d’investissement tout en offrant un produit supérieur en performance.

Tandem PV a levé à ce jour environ 85 millions d’euros sous forme de capitaux propres, de dette et de subventions. Parmi ses investisseurs figurent des acteurs majeurs de l’énergie et de la technologie : Eclipse Ventures, Constellation Energy, Planetary Technologies, Trellis Climate et 8090 Industries. Cette assise financière solide confère à l’entreprise une crédibilité certaine aux yeux des futurs clients et partenaires industriels.

Une filière européenne en quête de souveraineté

Le développement de Tandem PV intervient dans un contexte mondial où la course au rendement solaire s’accélère. Les laboratoires du monde entier travaillent sur des cellules tandem à base de pérovskite, mais seulement quelques entreprises parviennent à franchir le cap de l’industrialisation. L’Union européenne a lancé de son côté plusieurs initiatives visant à relancer la production photovoltaïque locale, notamment dans le cadre du plan REPowerEU. La capacité à produire des panneaux à très haut rendement constitue un avantage concurrentiel décisif face aux industriels asiatiques historiquement dominants sur les volumes.

La pérovskite est souvent décrite comme le matériau solaire du futur. Découverte en 2009 dans sa version solide, elle a connu des améliorations spectaculaires de rendement en laboratoire. Les recherches menées par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) américain et de nombreuses universités européennes ont permis de dépasser les 25 % de rendement pour des cellules pérovskites pures, et de franchir des seuils bien supérieurs pour les cellules tandem pérovskite-silicium. Cette intersection entre la recherche publique et l’innovation industrielle constitue l’une des dynamiques les plus puissantes du secteur énergétique contemporain.

Quelles perspectives pour le solaire à haut rendement ?

L’arrivée prochaine de panneaux atteignant 30 % de rendement commercial marque un tournant historique. Le solaire photovoltaïque, déjà devenu l’une des sources d’électricité les moins chères du monde, pourrait encore réduire ses coûts de manière significative. Les économistes du secteur estiment que chaque point de rendement supplémentaire se traduit par une baisse de plusieurs pour cent du coût de l’électricité solaire. Un panneau à 37 % de rendement, si cette performance est atteinte à grande échelle, pourrait rendre définitivement obsolètes de nombreuses infrastructures énergétiques existantes.

Cette évolution suscite également des questions reglementaires et techniques. Les panneaux à très haut rendement produisent une puissance plus concentrée, ce qui pourrait nécessiter des adaptations des onduleurs et des systèmes de câblage. Les normes de sécurité incendie et les certifications de toutes sortes devront être revues. L’ensemble de la filière photovoltaïque, des fabricants de racks aux installations électriques, devra s’adapter à cette nouvelle génération de produits.

La route vers une commercialisation massive de la technologie pérovskite-silicium reste encore jalonnée d’obstacles. Les volumes de production devront monter en puissance, les coûts de fabrication doivent continuer de baisser, et la confiance des investisseurs doit se confirmer. Mais les signaux sont encourageants. L’industrie solaire mondiale, qui installe chaque année plus de 400 gigawatts de nouvelles capacités, voit dans la technologie tandem un relais de croissance idéal pour les prochaines décennies.

Conclusion : vers un solaire dopé à la pérovskite

L’ambition de Tandem PV ne se limite pas à produire quelques panneaux de démonstration. L’entreprise américaine veut installer, à partir de la fin de cette décennie, une capacité de production au niveau du gigawatt. Si les promesses se confirment, les panneaux tandem pérovskite-silicium pourraient représenter une part notable des nouvelles installations dans les grandes centrales solaires occidentales.

La technologie à quatre bornes présente un atout de taille : elle peut être intégrée à l’existant. Les fabricants de panneaux pourraient adopter la vitre à pérovskite sans repenser leurs lignes de production. Les développeurs de projets solaires pourraient utiliser ces modules sur les sites où l’espace est limité et où le rendement élevé est déterminant. Les décideurs politiques, enfin, disposent désormais d’un levier supplémentaire pour encourager une production locale à forte valeur ajoutée.

Les spécialistes rappellent toutefois que le déploiement commercial à grande échelle reste conditionné à la tenue des performances dans le temps. Les garanties proposées par Tandem PV seront scrutées de près. La certification des modules par des organismes indépendants, comme une norme IEC, constituera une étape déterminante pour rassurer le marché. Malgré ces incertitudes, une tendance de fond se dessine : la prochaine décennie du solaire pourrait bien être celle des panneaux tandem. Les 30 % de rendement ne sont plus un record de laboratoire, mais un produit industriel en passe d’être commercialisé.

Les acteurs du secteur attendent dès lors avec impatience les premiers résultats des projets pilotes. Les données de production réelles permettront d’ajuster les modèles économiques et de convaincre les bailleurs de fonds. D’ici quelques années, les centrales solaires équipées de panneaux perovskite-silicium pourraient produire nettement plus d’électricité que les installations classiques sur une même surface, tout en réduisant le coût actualisé de l’électricité. Une transformation qui fait du soleil une source d’énergie toujours plus compétitive, fiable et incontournable.

Pour approfondir le sujet, vous pouvez consulter les ressources suivantes :
Les cellules solaires à pérovskite sur le site du département de l’énergie américain
Les travaux du NREL sur les cellules tandem et la pérovskite
PV Magazine, l’actualité du marché photovoltaïque

Aurélien CHAPUIS

Aurélien Chapuis est diplômé du Master Management et Gestion de l’Énergie de l’ESCP Business School. Expert en stratégie photovoltaïque et business developer pour PV Solaire Énergie depuis 2019, il accompagne les professionnels du secteur dans leur croissance et vulgarise les enjeux de la transition énergétique pour le grand public.

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