Record mondial : 24 % de rendement pour un module photovoltaïque en pérovskite de grande taille

Le photovoltaïque à base de pérovskite continue de bousculer les hiérarchies technologiques. Une équipe de scientifiques chinois, associant l’université de Nankin et le fabricant Renshine Solar, a annoncé un résultat majeur : un module solaire en pérovskite d’une surface d’ouverture de 810 cm² affiche un rendement de conversion certifié de 24,0 %. Cette performance, confirmée par l’organisme indépendant TÜV SÜD, représente un record mondial pour ce format de module et ouvre la voie à une industrialisation accélérée de cette technologie solaire de nouvelle génération.

Une étape décisive pour la technologie pérovskite

Longtemps confinée aux cellules de laboratoire de petite surface, la pérovskite est considérée comme l’une des pistes les plus prometteuses pour produire des panneaux solaires à faible coût et à haut rendement. Les cellules de quelques centimètres carrés dépassent désormais les 26 % en laboratoire, mais les modules de grande taille perdaient encore beaucoup de performance en raison de défauts d’uniformité et d’instabilité des matériaux. Le nouveau module de 810 cm², qui conserve un rendement supérieur à 24 %, démontre qu’il est possible de transposer les gains obtenus en laboratoire vers des surfaces compatibles avec une production industrielle.

Ce résultat s’appuie sur un travail publié dans la revue Nature, intitulé « Passivation par des carboxylates de plomb pour des modules solaires en pérovskite de taille métrique ». Les chercheurs y décrivent une nouvelle méthode de fabrication qui combine une étape de séchage sous pression de vapeur saturée élevée (SVP) et une passivation chimique par des composés stables à base de carboxylate de plomb. L’objectif : améliorer à la fois le rendement et la robustesse des modules, deux freins historiques à la commercialisation des pérovskites.

Comment la passivation au carboxylate de plomb a changé la donne

Dans une cellule pérovskite, la qualité de l’interface entre la couche active et les couches de transport de charges est essentielle. Les défauts présents à cette interface provoquent des recombinaisons de charges qui diminuent la tension et le rendement. Pour y remédier, les équipes utilisent généralement des passivants à base d’halogénures d’ammonium (AHP). Toutefois, ces composés présentent des problèmes de stabilité chimique et thermique, en particulier lorsqu’ils sont appliqués par un dépôt au raclage (slot-die coating) suivi d’un séchage en chambre sous vide (VCD). Les films obtenus sont souvent non uniformes et développent des défauts à l’échelle macroscopique.

Les chercheurs chinois ont donc opté pour une toute famille de passivants : les carboxylates de plomb (LCP), et plus précisément le dioléate de plomb (Pb(OA)₂). Appliqués sur une surface de pérovskite enrichie en iodure de formamidinium (FAI), ces composés forment une couche chimiquement liée, uniforme et hydrophobe. Cette couche protège le matériau de l’humidité, de la chaleur et des rayonnements ultraviolets, tout en maintenant une extraction efficace des charges.

Le transport des porteurs de charge nettement amélioré

Les analyses en spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) ont confirmé la création de liaisons chimiques entre le LCP et la surface riche en FAI. Surtout, les mesures de photoluminescence (PL) montrent une augmentation spectaculaire de la durée de vie des porteurs, passant de 264 nanosecondes à 706 nanosecondes. Cette durée de vie prolongée est la preuve que le piégeage des porteurs est fortement réduit, ce qui se traduit par une meilleure tension en circuit ouvert et un facteur de forme plus élevé.

Contrairement aux films traités par AHP, qui présentent une forte hétérogénéité de photoluminescence et des dépôts non uniformes, les films passivés par LCP sont homogènes sur toute leur surface. Cette uniformité est cruciale pour passer de petites cellules de laboratoire à des modules de grande taille, sans créer de zones de moindre performance qui dégradent le rendement global.

Une stabilisation chimique et thermique accrue

Au-delà des performances électriques, la passivation LCP apporte un bénéfice majeur en termes de durabilité. Le caractère hydrophobe de la couche formée limite la pénétration de l’humidité dans la pérovskite, qui est un des principaux facteurs de dégradation prématurée. La stabilité thermique est également renforcée, tout comme la résistance aux UV. Les chercheurs indiquent que cette solution permet de dépasser les limites des passivants AHP, qui se dégradent rapidement dans les conditions de fonctionnement réelles.

Les chiffres clés du module record de 810 cm²

Le module construit avec cette technologie a été soumis aux conditions d’essai standard. Il a atteint un rendement maximal mesuré de <

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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