Les technologies émergentes et nouveaux concepts (multijonctions, pérovskites, organique, photoélectrochimiques)

Contrairement à ce que l’on aurait pu attendre, le développement du photovoltaïque se traduit par un dynamisme exceptionnel en matière de recherches fondamentales sur de nouveaux matériaux, de nouveaux concepts, de nouvelles architectures susceptibles de bouleverser les technologies établies dans les prochaines années. Les objectifs sont à la fois en termes d’augmentation des performances, mais aussi de l’amélioration de l’impact environnemental et écologique.
Dans ce cours, nous présenterons l’éventail de ces nouvelles approches et deux filières, issues de la chimie, retiendront plus particulièrement notre attention, car elles révolutionnent l’approche classique des matériaux inorganiques. D’une part, la filière du photovoltaïque organique (pendant des OLED pour l’affichage) qui s’appuie sur l’immense variété des molécules et polymères organiques, dont les emblématiques fullérenes, et dont le développement commercial est amorcé. D’autre part, la filière pérovskite basée sur un matériau hybride organique-inorganique à base de methylammonium iodure de plomb, qui en seulement quelques années a atteint des sommets en matière de rendement, en suscitant d’immenses espoirs au sein de la communauté des chercheurs.
Les défis à relever sont nombreux allant de la compréhension des propriétés fondamentales des matériaux et des interfaces, à l’optimisation des procédés de fabrication, la maîtrise des phénomènes de vieillissement et d’augmentation des surfaces. Néanmoins, l’innovation industrielle est lancée avec de premières unités de fabrication en cours de construction. Le graal serait en fait d’un autre ordre, celui de coupler la technologie pérovskite avec la technologie silicium cristallin ou CIGS pour la fabrication de cellules tandem permettant une rupture fondamentale dans le rendement théorique de 29 % à plus de 40 %. Des modules commerciaux à plus de 30 % sont attendus en 2030. Enfin, les recherches basées sur la photoélectrochimie visant à la production directe d’hydrogène ou la réduction du CO₂ se développent et suscitent également de grands espoirs.