Précurseurs pour pérovskite : la recherche pave la voie pour la mise en production

En tant que fournisseur de choix pour des industries qui redessinent l’économie mondiale, 5N+ doit évoluer au même rythme que ses clients, prévoir leurs besoins et se préparer à accroître la production si la demande d’un nouveau matériau de pointe prend de l’essor.

En vue d’atteindre cet objectif, notre équipe de recherche et développement de Montréal a été mobilisée en vue de développer des matériaux précurseurs pour les applications de pérovskite faisant partie d’une gamme de composés semiconducteurs spécialisés qui pourraient nous faire basculer vers la nouvelle génération de cellules solaires. Jetons un coup d’œil à ce nouveau marché.

Des cellules solaires de grande efficacité

Les cellules solaires à pérovskite suscitent beaucoup d’intérêt parmi les chercheurs et les fabricants de panneaux solaires en raison de leurs résultats prometteurs pour la conversion de la lumière solaire en électricité. En améliorant la performance de conversion des panneaux solaires, on pourrait réduire la superficie et les ressources nécessaires pour la transition énergétique, qui est en train de s’accélérer. En effet, BloombergNEF estime que l’énergie solaire pourrait devenir la plus importante source d’électricité au monde d’ici 2032.

Meilleures recherches sur l’efficacité des cellules

Source : National Laboratory of the Rockies, « Photovoltaic Research ».

On parle surtout d’utiliser les pérovskites dans les cellules photovoltaïques en tandem, dans lesquelles une cellule à pérovskite est superposée à une cellule de silicium plus épaisse pour optimiser son efficacité. Les résultats peuvent varier grandement, mais la recherche démontre que la puissance fournie par les cellules en tandem dépasse d’au moins un tiers la puissance des cellules composées de silicium seulement. Les cellules à pérovskite peuvent aussi être superposées à des cellules à tellurure de cadmium ou être utilisées seules.

L’équipe de 5N+ a suivi l’évolution de cette technologie pendant plusieurs années avant de décider de lancer son propre projet en 2024.

« Devant l’intérêt grandissant pour cette technologie, nous avons commencé des recherches et quelques essais fondamentaux, en prévision de la demande éventuelle de nos clients, a déclaré Thomas Feldmann, directeur du développement corporatif de 5N+. Quelques mois plus tard, certains de nos plus importants clients ont confirmé publiquement qu’ils développaient eux aussi cette technologie. »

Des composés de pointe que les clients peuvent adapter à leurs besoins

Le terme « cellule à pérovskite » désigne la structure cristalline de la couche semi-conductrice absorbante contenue dans une cellule solaire.

Source : Département de l’Énergie des États-Unis, Integrated Systems Office, « Perovskite Solar Cells ».

En misant sur sa vaste expertise de la production de composés et des procédés de purification, 5N+ a déjà développé sept matériaux précurseurs pour les applications de pérovskite que les clients peuvent combiner à d’autres matériaux pour produire la couche d’absorption de lumière selon leurs spécifications. Ces matériaux ont aussi été soumis à une évaluation de la qualité menée par des spécialistes tiers indépendants.

« Les clients utilisent des méthodes de dépôt différentes pour produire la couche à pérovskite, mais nos matériaux s’adaptent bien à tous leurs procédés », a expliqué M. Feldmann.

La gamme de matériaux précurseurs est composée d’halogénures de plomb, de césium et de formamidinium, offerts dans des tailles de particule sur mesure.

La technologie à pérovskite est-elle la voie de l’avenir?

Comme il y a peu de contraintes en matière d’approvisionnement, certains chercheurs sont convaincus que les cellules à pérovskite auront complètement envahi le marché des cellules solaires photovoltaïques d’ici 2050. Cependant, Frédéric Bélanger, chef de la recherche et développement de 5N+, estime qu’il y a une leçon à tirer de la technologie solaire du séléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS), qui s’annonçait prometteuse au départ, mais qui n’a pas encore été appliquée à grande échelle depuis les essais en laboratoire.

« Le principal obstacle pour l’industrie solaire est la nécessité de prouver la stabilité à long terme des cellules solaires à pérovskite, qui sont sensibles à la chaleur, à l’oxygène et à l’humidité et qui peuvent rapidement perdre leur efficacité », a expliqué M. Bélanger.

Plusieurs entreprises de technologies solaires ont investi dans des usines pilotes afin de mettre en application et d’élargir des méthodes de production de cellules solaires à pérovskite en tandem et autonomes. MM. Feldmann et Bélanger s’attendent à ce que quelques-unes d’entre elles soient prêtes à passer en mode production à grande échelle d’ici quelques années.

Bien que la recherche et développement soit la plus avancée pour les applications solaires terrestres, la technologie des pérovskites pourrait éventuellement être utilisée dans d’autres marchés, notamment celui de l’énergie solaire spatiale. Son potentiel dans d’autres secteurs dépendra toutefois de sa capacité à démontrer la durabilité, l’évolutivité et la rentabilité nécessaires à son déploiement commercial.

Une expérience à mettre à profit

Même si l’avenir du marché de la pérovskite demeure incertain, 5N+ veut se préparer à soutenir ses clients et à répondre à l’essor potentiel de la demande. Pour ce faire, il faudra non seulement maîtriser les propriétés physiques du produit, mais aussi comprendre sa chaîne de valeur et ses voies d’approvisionnement.

À cette fin, 5N+ peut mettre à profit son expérience de la production de tellurure de cadmium pour le secteur de l’énergie solaire, qui a commencé par quelques kilos pour atteindre des volumes importants qui ne font qu’augmenter.

« Nous l’avons fait dans le passé et nous comptons le faire avec l’industrie des cellules solaires à pérovskite à mesure qu’elle évoluera, a déclaré M. Feldmann. Si nos clients accélèrent la production, nous produirons des matériaux précurseurs en quantité suffisante pour approvisionner le marché. »