Les cellules solaires à triple jonction pérovskite-silicium atteignent une efficacité record de 30%

Des chercheurs de l'EPFL et du CSEM ont développé une cellule solaire triple jonction pérovskite-silicium affichant une efficacité certifiée de 30,02 %, publiée dans Nature. Ce résultat dépasse l'ancien record de 27,1 % et ouvre la voie à une production industrielle de panneaux photovoltaïques haute performance à coût maîtrisé.

L'énergie solaire franchit un nouveau seuil symbolique. Des équipes de recherche suisses viennent de démontrer qu'une cellule photovoltaïque composée de pérovskite et de silicium peut atteindre les 30 % de rendement, un niveau jusqu'ici réservé aux technologies spatiales les plus coûteuses. L'étude, signée notamment par Kerem Artuk en tant que premier auteur, avec la participation de Christophe Ballif et Christian Wolff, est publiée dans le journal Nature.

Ce n'est pas un simple ajustement marginal. Passer de 27,1 % à 30,02 % représente un bond significatif dans un domaine où chaque fraction de point de rendement se gagne au prix d'années de recherche.

Les cellules solaires triple jonction pérovskite-silicium atteignent 30 %

La cellule développée par l'EPFL et le CSEM repose sur une architecture en trois couches : une base en silicium et deux couches de pérovskite en films minces superposées. Ce principe de la triple jonction permet à chaque couche d'absorber une portion différente du spectre lumineux solaire, maximisant ainsi la conversion de l'énergie reçue.

L'idée n'est pas nouvelle. L'équipe de l'EPFL avait déjà réalisé une première démonstration de ce type de cellule en 2018, avec une efficacité de 13 % à l'époque. En moins d'une décennie, le rendement a plus que doublé, passant de cette valeur initiale aux 30,02 % certifiés aujourd'hui. Une progression qui illustre la rapidité avec laquelle la recherche sur la pérovskite évolue.

Une architecture qui capte chaque fraction de lumière

La couche supérieure de pérovskite génère une tension de 1,4 volt sous ensoleillement standard, ce qui constitue l'une des performances les plus élevées pour ce type de matériau. La couche intermédiaire, également en pérovskite, a fait l'objet d'une méthode de fabrication entièrement repensée en trois étapes, conçue pour améliorer l'absorption dans le proche infrarouge. La couche inférieure en silicium capture les longueurs d'onde les plus longues, là où les pérovskites sont moins efficaces.

Les innovations techniques qui ont permis de franchir la barre des 30 %

Trois avancées techniques distinctes expliquent ce résultat. L'équipe a d'abord introduit une molécule spécifique qui améliore la formation des cristaux de pérovskite, réduisant ainsi le nombre de défauts dans le matériau, défauts qui constituent autant de pertes d'énergie. Ensuite, la méthode de fabrication en trois étapes pour la couche intermédiaire optimise la qualité cristalline et l'absorption lumineuse dans le proche infrarouge. Enfin, des nanoparticules ont été ajoutées entre les couches : leur rôle est de réfléchir la lumière vers la cellule intermédiaire, ce qui augmente le courant généré par l'ensemble du dispositif. Ces trois leviers combinés ont permis de franchir le seuil symbolique des 30 %.

Un record qui repositionne la pérovskite face aux technologies spatiales

Jusqu'ici, les cellules multi-jonctions les plus performantes étaient les cellules dites III-V, utilisées principalement dans le spatial, capables d'atteindre 37 % d'efficacité. Mais leur coût de fabrication est prohibitif pour des applications terrestres : elles reviennent 1 000 fois plus cher par watt que les cellules conventionnelles destinées au marché résidentiel ou commercial.

La cellule triple jonction pérovskite-silicium change ce rapport de force. Elle approche les performances des technologies spatiales tout en reposant sur des matériaux et des procédés compatibles avec une fabrication industrielle à grande échelle. Les chercheurs ont d'ailleurs fabriqué et photographié des cellules de 1 cm², 4 cm² et 54 cm², démontrant que la technologie n'est pas limitée aux petits formats de laboratoire.

Pour le marché solaire américain, comme pour les projets résidentiels et les installations à grande échelle en général, un rendement plus élevé signifie concrètement moins de panneaux nécessaires pour produire une même puissance. Moins de surface, moins de matière, moins d'installation. L'impact économique et logistique est direct.

Les prochaines étapes avant une industrialisation possible

Le résultat de 30,02 % est une performance en laboratoire. L'équipe de l'EPFL et du CSEM l'indique clairement : les prochains défis sont la durabilité et la production à grande échelle. Ce sont les deux verrous classiques qui séparent une avancée de laboratoire d'une technologie déployée sur des toits ou dans des parcs solaires.

La pérovskite est connue pour sa sensibilité à l'humidité et à la chaleur, ce qui a longtemps freiné son adoption commerciale. Les améliorations apportées à la formation des cristaux et à la structure des couches pourraient contribuer à améliorer cette stabilité, mais des tests de vieillissement accéléré et des validations sur le long terme restent nécessaires avant tout déploiement à grande échelle.

La trajectoire reste néanmoins remarquable. En partant de 13 % en 2018 et en atteignant 30,02 % aujourd'hui, la technologie triple jonction pérovskite-silicium a progressé plus vite que quasiment toute autre technologie photovoltaïque dans l'histoire récente du secteur. Et avec un potentiel théorique dépassant les 40 %, la marge de progression reste considérable. Ce que l'équipe a construit n'est pas un aboutissement, mais une démonstration que la prochaine génération de panneaux solaires haute efficacité à base de pérovskite est désormais une perspective crédible et mesurable, publiée dans Nature et certifiée par des tiers indépendants.