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Des voitures électriques solaires grâce à la pérovskite ?

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À l'image du graphène, la pérovskite est l'un des matériaux stars du moment et pourrait remplacer le silicium des panneaux solaires. Une équipe de chercheurs nord-américains a utilisé ce minéral pour créer des cellules photovoltaïques d'un nouveau genre. D'après eux, une voiture électrique équipée de tels panneaux solaires pourrait recharger ses batteries lithium-ion en totale autonomie.

Si, pour le moment, la technologie photovoltaïque n’est pas assez performante pour pouvoir alimenter les batteries lithium-ion des véhicules électriques, les choses pourraient évoluer grâce à la pérovskite. © Daniel Borman, CC by 2.0

Si les voitures électriques ne polluent pas leur environnement, la manière est produite leur électricité fait débat. En effet, si des combustibles fossiles servent à la fabriquer, la voiture électrique est-elle vraiment moins polluante que celle équipée d'un moteur à essence de dernière génération ? C'est en ces termes qu'une équipe de chercheurs de l'université Case Western Reserve (CWRU), aux États-Unis, pose le problème pour mettre en avant sa solution. Elle consiste à utiliser les propriétés très prometteuses d'un minéral, la pérovskite, pour envisager de pouvoir un jour recharger les batteries lithium-ion des véhicules électriques à partir de panneaux solaires intégrés.

Dans un article qui vient de paraître dans la revue Nature Communications, le professeur Liming Dai et ses collègues présentent un prototype de chargeur pour batterie lithium-ion basé sur des cellules photovoltaïques en pérovskite. En montant quatre de ces cellules en série, ils ont pu recharger une batterie lithium-ion en obtenant une efficacité photoélectrique et de stockage de 7,8 %. Selon eux, il s'agit là de la configuration la plus efficace pour ce type de solution de charge combinant le solaire avec les batteries lithium-ion. L'équipe de la CWRU y voit un potentiel d'applications énorme, à commencer par des véhicules électriques dotés de ce type de panneaux solaires miniaturisés qui pourraient recharger leur batterie de façon autonome.

À l'instar du graphène, la pérovskite est le matériau star du moment, en particulier dans le domaine du photovoltaïque. C'est seulement depuis 2012 que les formidables propriétés de cette famille de minéraux ont été découvertes en ce qui concerne l’énergie solaire. Les taux de rendement de cellules photovoltaïques à base de pérovskite sont déjà quasiment au niveau de ceux des cellules à base de silicium et la marge de progression est encore importante. Conversion du spectre de lumière solaire plus large, excellente mobilité et séparation des charges électriques, coût de fabrication bas font de la pérovskite l'un des candidats les plus sérieux au remplacement du silicium dans les panneaux solaires. Ajoutons en prime que le minéral peut être utilisé sous forme liquide pour créer des cellules photovoltaïques en peinture à pulvériser.

Ce n’est que depuis 2012 que les scientifiques ont mis en lumière les qualités photovoltaïques de la pérovskite. À l’heure actuelle, les cellules photovoltaïques basées sur ce matériau affichent un rendement déjà quasi équivalent à celui des cellules à base de silicium et elles devraient le dépasser dans les années qui viennent. Reste encore à trouver la solution pour les rendre plus stables et résistantes à l’eau. © Rob Lavinsky, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

La pérovskite : un potentiel énorme mais des obstacles à lever

Dans le cadre de leur essai en laboratoire, l'équipe du professeur Dai a créé des cellules photovoltaïques à trois couches converties en un seul film de pérovskite. Quatre de ces cellules montées en série ont atteint un rendement de conversion de 12,65 %. Branchées à des batteries lithium-ion de la taille d'une pile bouton, le taux d'efficacité photoélectrique et de stockage a atteint 7,8 % sur dix cycles charge-décharge d'une durée totale de 18 heures. Les chercheurs précisent que leur système a pu maintenir des courbes de charge-décharge quasiment identiques durant tous les cycles, démontrant une grande stabilité et compatibilité des composants. Toutefois, aussi prometteuses soient-elles, ces cellules photovoltaïques à base de pérovskite présentent d'importantes faiblesses qui n'ont pas été solutionnées.

« Les pérovskites ont apporté un élan considérable à la communauté photovoltaïque et sont encore pleines de promesses mais elles se heurtent également à des verrous très importants comme leur piètre stabilité ou leur mauvaise résistance à l'eau... Par ailleurs, les records sont réalisés sur des démonstrateurs de quelques millimètres carrés de surface », souligne Daniel Lincot, directeur de l'Institut de recherche et développement sur l'énergie photovoltaïque (Irdep) qui est cité dans un article récent paru sur lejournal.cnrs.fr. Et en effet, les quatre cellules photovoltaïques en pérovskite des chercheurs de la CWRU ne mesurent qu'un millimètre carré chacune...

L'équipe de l'université nord-américaine compte poursuivre le développement sur des prototypes à petite échelle afin justement d'améliorer la stabilité des cellules en pérovskite. Et elle semble plutôt confiante. « Dans un avenir par très lointain, nous envisageons que vous pourriez avoir ce système chez vous pour recharger votre voiture et, à terme, étant donné que les cellules photovoltaïques en pérovskite peuvent être fabriquées sous forme de filme souple, elles pourraient être intégrées à la voiture elle-même. »

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