Garantir la circularité des panneaux solaires en pérovskite dès la conception

Des chercheurs américains du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du Département de l’Énergie ont utilisé un référentiel sur l’économie circulaire pour définir des stratégies permettant de mettre à l’échelle, déployer et concevoir des panneaux solaires en pérovskite aux halogénures métalliques plus facilement recyclables. Cette initiative est cruciale pour l’avenir du photovoltaïque, car elle propose des solutions pour rendre la production solaire plus durable.

Parmi les opportunités identifiées, l’accélération du recyclage du verre solaire sans downcycling se distingue comme un axe de développement prioritaire. Avec la commercialisation croissante de la technologie solaire basée sur la pérovskite aux halogénures métalliques, les chercheurs du NREL ont mené une étude intégrant des critères de conception durable comme éléments essentiels à la commercialisation réussie de cette technologie.

L’un des points forts de cette recherche est la mise en avant de la nécessité d’adopter une approche durable dès le stade de la conception. Selon Joey Luther, l’auteur correspondant de l’étude, « la technologie existante ne priorise pas la fabrication de produits durables et circulaires en amont. Il est crucial de commencer à réfléchir à la durabilité lors du développement commercial de la pérovskite aux halogénures métalliques. »

L’étude s’est concentrée sur un prototype de module solaire en pérovskite aux halogénures métalliques, conçu pour correspondre aux configurations commerciales actuelles. Ce module inclut des caractéristiques similaires aux panneaux solaires en silicium et en tellurure de cadmium, telles qu’un cadre avec rails de montage, une configuration bi-verre avec encapsulation en polymère, et un scellement des bords.

Les chercheurs ont également examiné les constituants chimiques, les molécules et les matériaux utilisés dans les sites de pérovskite A, B et X. L’évaluation a porté sur divers aspects de durabilité, y compris l’intensité énergétique de la production, l’intensité carbone, l’extraction de minéraux rares, la recyclabilité, et les risques pour la santé.

Le prototype a été analysé en profondeur, notamment en ce qui concerne les matériaux critiques, l’énergie intrinsèque, les impacts carbone, et les processus de chaîne d’approvisionnement circulaire. Cette analyse a mis en lumière les défis et les opportunités pour une production durable de modules solaires en pérovskite aux halogénures métalliques.

L’équipe a proposé onze « R » de la circularité du photovoltaïque, qui offrent des opportunités pour une production plus durable. Ces « R » comprennent notamment : refuser les combustibles fossiles et les matériaux à forte émission de carbone, réduire la consommation d’énergie et de matériaux, réparer ou concevoir pour réparer, réutiliser, réalimenter, restaurer et récupérer l’énergie.

Concernant le recyclage, les chercheurs ont précisé que le terme inclut à la fois le downcycling, qui produit des matériaux de moindre qualité, et le recyclage de haute qualité. Ils soulignent que le recyclage est bénéfique lorsque les produits récupérés peuvent remplacer des matériaux vierges, ce qui nécessite un traitement énergivore. Un exemple est donné avec la production de verre solaire, qui utilise encore du verre neuf plutôt que du verre recyclé post-consommation.

Cinq domaines clés ont été identifiés pour améliorer la durabilité des modules solaires en pérovskite aux halogénures métalliques. Ces domaines incluent : l’amélioration de la fiabilité des modules pour qu’ils répondent aux normes actuelles de durée de vie, l’amélioration de la chaîne d’approvisionnement des matières premières comme le césium, la recherche de substituts à l’indium, l’accélération du recyclage du verre solaire sans downcycling, et le perfectionnement des processus de reconditionnement des modules.

L’équipe conclut que « assurer la circularité de la chaîne d’approvisionnement photovoltaïque, notamment par le recyclage et le reconditionnement du verre, est essentiel pour réduire l’énergie intrinsèque et les émissions de carbone ». Des améliorations en matière de durée de vie et de fiabilité sont cruciales pour maximiser les bénéfices de la transition énergétique.

Les résultats de cette recherche sont détaillés dans l’article « Sustainability pathways for perovskite photovoltaics » publié dans Nature Materials.