Le MIT identifie dans une étude les défis de l’expansion du solaire photovoltaïque
L’utilisation d’énergies photovoltaïques solaires a explosé ces dernières années, voyant la puissance installée dans le monde augmenter en moyenne de 43% chaque année depuis 2000. Pour évaluer la capacité à maintenir une telle croissance sur la durée, les chercheurs du MIT se sont intéressés aux contraintes éventuelles liées aux ressources naturelles disponibles et propose un cadre d’analyse permettant d’évaluer les nombreuses études qui divergent concernant l’amélioration des performances des cellules solaires.
Dans une nouvelle étude portant sur la situation et les perspectives d’évolution des technologies photovoltaïques, des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) les décrivent comme « l’une des rares ressources renouvelables à la fois faiblement émettrice de CO² et dotée d’une capacité d’adaptation et d’une maturité technologique à même de satisfaire la demande mondiale d’électricité en constante augmentation.»
L’avenir du solaire traité par le MIT
capacités photovoltaïques installées
Cette étude, publiée dans le journal Energy & Environmental Science, sera intégrée dans un prochain dossier portant sur l’avenir de l’énergie solaire étudié d’un point de vue technologique, économique et politique.
L’équipe de chercheurs est composée de professeurs du MIT Vladimir Bulović, Tonio Buonassisi et Robert Jaffe, ainsi que des doctorants Joel Jean et Patrick Brown. Ils arrivent à la conclusion que l’un des facteurs essentiels pour comparer efficacement les nouvelles technologies photovoltaïques est la complexité des matériaux capables d’absorber la lumière.
Le rapport sépare les technologies en cours de développement en trois grandes catégories : les cellules à base de wafer, un disque assez fin de matériau semi-conducteur comme le silicium cristallin ou l’arséniure de gallium ou le silicium amorphe ; les technologies thin-film ou couche mince déjà commercialisées et incluant du tellurure de cadmium et enfin les technologie à couche mince encore en cours de développement et incluant de la pérovskite, des matériaux organiques, des cellules photosensibles et des quantum dots (nano structure de semi-conducteurs).
Selon Joel Jean, l’auteur principal de cet article, l’évolution récente des technologies photovoltaïques est telle qu’il est important de disposer d’un cadre uniforme pour son évaluation. Il est peut-être temps, selon lui, d’examiner à nouveau la classification traditionnelle de ces technologies, généralement séparées en divisées en trois catégories : cellules à base de silicium, couche mince et technologies « exotiques » ayant en théorie un haut potentiel de rendement.
Un cadre d’analyse non-conventionnel
Dans cette étude au contraire, les chercheurs du MIT ont tenté d’avoir une approche plus cohérente face au vaste éventail de technologies photovoltaïques actuelles, en les évaluant en fonction de leur potentiel et de leur complexité matérielle, et non pas en les faisant entrer dans le cadre d’analyse conventionnel.
En partant de ce schéma, le silicium apparaît comme l’élément le plus simple. Tandis que le silicium cristallin est une technologie « mature » et dotée de nombreux avantages (haute efficacité, fiabilité prouvée, faible risque de pénurie), il comporte cependant certaines limites inhérentes. Le silicium n’est en effet pas particulièrement efficace pour l’absorption de la lumière, et les panneaux solaires à base de silicium ont tendance à être lourds et rigides. À l’autre extrémité du spectre des matériaux, les pérovskites, matériaux organiques et quantum dots, qui sont des matériaux hautement complexes mais peuvent être beaucoup plus simples à utiliser.
Les auteurs du MIT soulignent que leur définition de la complexité matérielle ou substantielle comme paramètre clé pour leur comparaison n’est en rien liée à la complexité de fabrication. Le silicium est en effet la matière solaire la plus simple dans cette étude, mais la production de cette cellule solaire est complexe et coûteuse, et nécessite un environnement pur et des hautes températures.
Les chercheurs mettent par ailleurs en avant le fait que le déploiement à grande échelle de certaines technologies à fine couche, comme le tellurure de cadmium pourrait être sévèrement limité par la quantité de matériaux rares qu’ils exigent.
Trois thèmes sont identifiés par les chercheurs du MIT pour les perspectives de recherche et développement futures. Le premier concerne l’augmentation de l’efficacité de conversion de la puissance des technologies photovoltaïques naissantes et des modules commercialisés.
Le deuxième thème de recherche est la réduction de la quantité de matériaux nécessaires à la production de chaque cellule photovoltaïque. Des films plus fins, plus flexibles et l’utilisation de matériaux de substitution pourraient ainsi réduire les coûts de production et le poids des modules, et ouvriraient potentiellement la porte à de nouveaux designs pour les panneaux photovoltaïques.
Enfin, un troisième thème de recherche important est la réduction de la complexité et des coûts de fabrication. Sur ce point, les chercheurs soulignent l’importance de l’élimination des processus de production à haute température, qui sont très coûteux, et encouragent l’adoption de processus roll-to-roll pour les revêtements, qui permettraient une production à grande échelle et plus rapide de technologies à couche mince.
Cependant, comme le soulignent les chercheurs, « les questions en jeu sont complexes » et ils s’abstiennent de parier sur l’une ou l’autre des technologies photovoltaïques pour le futur.
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