Les cellules solaires pérovskite (ABX3 où B est un métal et X un halogène I, B ou Cl) bénéficient d'une efficacité remarquable et d'un coût de fabrication potentiellement faible mais leurs performances se dégradent rapidement. En cause la migration des ions halogènes, leur réactivité avec le métal du contact arrière (or ou argent), ainsi que la sensibilité du dispositif à l'humidité, l'oxygène et la lumière ultraviolette.
En 2017, une collaboration italo-suisse impliquant l'entreprise Solaronix a développé et testé une nouvelle cellule solaire basée sur une jonction pérovskite 2D/3D. Celle-ci possède une architecture entièrement imprimable, composée de trois couches mésoporeuses intégrant la pérovskite et une contre-électrode en carbone. Cette dernière offre deux avantages : elle permet de supprimer l'or ou l'argent du contact arrière et, comme les matériaux à base de carbone sont hydrophobes, elle empêche la pénétration de l'humidité dans la couche de pérovskite. De fait, cette cellule a présenté une durée de vie très supérieure à celle des autres cellules pérovskites, supérieure à 10 000 heures (ou 416 jours).
En extérieur
Or les mesures de vieillissement réalisées dans des conditions standard contrôlées ne reflètent pas les conditions d'utilisation en extérieur, avec des cycles jour-nuit, des changements rapides d'irradiation, de température ou de précipitation. En raison de la caractéristique unique de migration des ions de la cellule pérovskite, de telles conditions peuvent affecter le rendement de la cellule et sa stabilité à long terme.
C'est pourquoi la collaboration, impliquant cette fois l'Iramis, a voulu soumettre pendant six mois ces cellules à des tests en extérieur sur le banc du Sirta (Site instrumental de recherche par télédétection atmosphérique), à Palaiseau. Ces tests se distinguent des précédents par deux modalités de mesures :
- suivi continu du « point de puissance maximale » et relevés horaires de la courbe courant-tension,
- suivi de cellules connectées à une charge résistive fixe.
Au cours des six mois de l'étude, les cellules ont été exposées aux conditions météorologiques contrastées de la région parisienne : couverture nuageuse, faible ensoleillement (< 100 W/m²), taux d'humidité de l'ordre de 70 % et températures proches de 0° C, ou encore, fort ensoleillement (> 1100 W/m²), vague de chaleur (35 °C) et orages.
Stabilité à long terme
L'analyse des performances extérieures montre la stabilité à long terme des cellules pérovskites à contre-électrode carbone selon les deux modes de fonctionnement étudiés. Une baisse de rendement au bout de 4 mois est cependant observée pour la cellule en mesure suivie du point de puissance maximale. Après analyse, cette baisse se révèle principalement liée au multimètre utilisé.
Si ces tests confortent l'hypothèse d'une stabilité améliorée, il faut rester vigilant sur les conditions d'utilisation de ces cellules pérovskites et développer désormais des cellules de plus grande taille et d'efficacité encore supérieure, en normalisant la collecte des données et leur analyse.