{"id":4469,"date":"2026-09-04T02:00:22","date_gmt":"2026-09-04T00:00:22","guid":{"rendered":"https:\/\/solarplusgarden.com\/perovskite-tandem-cells\/"},"modified":"2026-09-04T02:00:22","modified_gmt":"2026-09-04T00:00:22","slug":"cellules-tandem-a-perovskite","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.solarplusgarden.com\/fr\/perovskite-tandem-cells\/","title":{"rendered":"Am\u00e9lioration de l'efficacit\u00e9 solaire : le r\u00f4le des cellules tandem \u00e0 p\u00e9rovskite dans la technologie solaire moderne"},"content":{"rendered":"

Am\u00e9lioration de l'efficacit\u00e9 solaire : le r\u00f4le des cellules tandem \u00e0 p\u00e9rovskite dans la technologie solaire moderne<\/h1>\n
\"Am\u00e9lioration<\/figure>\n

Principes fondamentaux des mat\u00e9riaux p\u00e9rovskites dans les cellules solaires<\/h2>\n

Les mat\u00e9riaux p\u00e9rovskites utilis\u00e9s dans les cellules solaires sont d\u00e9finis par leur structure cristalline particuli\u00e8re, organis\u00e9e selon le sch\u00e9ma ABX.3<\/sub> La formule, o\u00f9 \u201c A \u201d et \u201c B \u201d sont des cations de rayons ioniques diff\u00e9rents, et \u201c X \u201d est un anion g\u00e9n\u00e9ralement constitu\u00e9 d'halog\u00e9nures tels que l'iodure, le bromure ou le chlorure. L'iodure de plomb et de m\u00e9thylammonium (MAPbI\u2083)3<\/sub>Ce compos\u00e9 est un mat\u00e9riau p\u00e9rovskite \u00e0 base de plomb pour cellules solaires, largement \u00e9tudi\u00e9 pour la fabrication de dispositifs en raison de ses propri\u00e9t\u00e9s opto\u00e9lectroniques favorables. Son r\u00e9seau cristallin permet des transitions directes entre les bandes interdites, autorisant des coefficients d'absorption \u00e9lev\u00e9s, de l'ordre de 10\u2074.5<\/sup> cm-1<\/sup>, permettant aux couches de p\u00e9rovskite d'une \u00e9paisseur de 300 \u00e0 600 nm d'absorber plus de 90% de lumi\u00e8re solaire incidente.<\/p>\n

Les technologies solaires \u00e0 base de p\u00e9rovskite pr\u00e9sentent des bandes interdites ajustables, g\u00e9n\u00e9ralement entre 1,5 eV et 2,3 eV, gr\u00e2ce \u00e0 une ing\u00e9nierie de la composition \u2013 par exemple, en faisant varier la teneur en halog\u00e9nures ou en incorporant des cations formamidinium (FA) et c\u00e9sium (Cs). Cet ajustement permet d'optimiser le rendement des cellules solaires gr\u00e2ce \u00e0 une tension en circuit ouvert (V<sub>oc<\/sub>) accrue.oc<\/sub>) jusqu'\u00e0 1,3 V et les densit\u00e9s de courant de court-circuit (Jsc<\/sub>) au-dessus de 20 mA\/cm2<\/sup> under AM1.5G illumination. Compared to single-crystal silicon (bandgap 1.12 eV), perovskite solar cells provide higher absorption per unit thickness, enabling thinner, potentially lower-cost photovoltaic modules.<\/p>\n

D'autres formulations de p\u00e9rovskite existent, notamment \u00e0 base d'\u00e9tain (Sn) et \u00e0 cations mixtes, con\u00e7ues pour att\u00e9nuer la toxicit\u00e9 et am\u00e9liorer la stabilit\u00e9 thermique et hygrom\u00e9trique. Cependant, les p\u00e9rovskites \u00e0 base d'\u00e9tain pr\u00e9sentent g\u00e9n\u00e9ralement des rendements inf\u00e9rieurs (environ 10 \u00e0 15 %) et sont sujettes \u00e0 l'oxydation. La stabilit\u00e9 demeure un obstacle majeur\u00a0: les cellules solaires \u00e0 p\u00e9rovskite haute performance actuelles subissent une d\u00e9gradation de leur rendement relatif inf\u00e9rieure \u00e0 11 % par 1\u00a0000 heures dans des conditions standard de chaleur humide (85 % d'humidit\u00e9 relative \u00e0 85\u00a0\u00b0C) et d'exposition aux UV, conform\u00e9ment \u00e0 la norme CEI 61215. Les progr\u00e8s r\u00e9alis\u00e9s en mati\u00e8re d'encapsulation et d'ing\u00e9nierie de la composition visent des dur\u00e9es de vie op\u00e9rationnelles sup\u00e9rieures \u00e0 20\u00a0ans dans des applications photovolta\u00efques r\u00e9alistes.<\/p>\n

Conception et architecture des cellules solaires tandem \u00e0 p\u00e9rovskite<\/h2>\n

Les architectures de cellules solaires tandem int\u00e8grent deux ou plusieurs sous-cellules photovolta\u00efques aux spectres d'absorption compl\u00e9mentaires, att\u00e9nuant ainsi les pertes par thermalisation et transmission caract\u00e9ristiques des dispositifs \u00e0 jonction unique. Les cellules solaires tandem \u00e0 p\u00e9rovskite associent g\u00e9n\u00e9ralement une cellule sup\u00e9rieure en p\u00e9rovskite \u00e0 large bande interdite (environ 1,68-1,75 eV) \u00e0 une cellule inf\u00e9rieure en silicium \u00e0 bande interdite plus faible (environ 1,1 eV) afin de maximiser l'utilisation du spectre solaire en absorbant s\u00e9quentiellement les photons de haute et de basse \u00e9nergie, am\u00e9liorant ainsi le rendement global de la cellule solaire.<\/p>\n

    \n
  • Les cellules solaires tandem p\u00e9rovskite-silicium utilisent g\u00e9n\u00e9ralement des cellules arri\u00e8re \u00e0 \u00e9metteur passiv\u00e9 (PERC) ou des cellules inf\u00e9rieures en silicium \u00e0 h\u00e9t\u00e9rojonction avec couche mince intrins\u00e8que (HIT), permettant une int\u00e9gration pratique dans les lignes de fabrication existantes.<\/li>\n
  • Les cellules tandem enti\u00e8rement p\u00e9rovskite-p\u00e9rovskite utilisent deux p\u00e9rovskites empil\u00e9es avec des bandes interdites distinctes \u2014 par exemple, une cellule sup\u00e9rieure \u00e0 large bande interdite (~1,75 eV) combin\u00e9e \u00e0 une cellule inf\u00e9rieure \u00e0 bande interdite \u00e9troite (~1,2 eV) \u2014 pour am\u00e9liorer l'adaptation du courant et r\u00e9duire les pertes dues au d\u00e9saccord spectral.<\/li>\n
  • Les cellules solaires \u00e0 p\u00e9rovskite invers\u00e9es configurent les couches de transport de charges de sorte que les trous soient collect\u00e9s en premier lieu du c\u00f4t\u00e9 de l'oxyde conducteur transparent. Cette polarit\u00e9 invers\u00e9e permet un traitement en solution \u00e0 basse temp\u00e9rature et r\u00e9duit les d\u00e9fauts d'interface, ce qui am\u00e9liore la mise \u00e0 l'\u00e9chelle et la durabilit\u00e9 du dispositif.<\/li>\n
  • La couche d'interconnexion, ou couche de recombinaison, entre les sous-cellules n\u00e9cessite une conductivit\u00e9 \u00e9lectrique \u00e9lev\u00e9e (r\u00e9sistance de surface). < 1 \u03a9\/sq) et transparence optique (>La transmittance du 90% (entre 400 et 1100 nm) est optimis\u00e9e afin de minimiser les pertes par effet Joule et par r\u00e9flexion. Dans les cellules tandem actuellement utilis\u00e9es \u00e0 l'\u00e9chelle de la recherche, des mat\u00e9riaux tels que l'oxyde d'indium-\u00e9tain (ITO) d\u00e9pos\u00e9 par pulv\u00e9risation cathodique ou des oxydes m\u00e9talliques ultra-minces associ\u00e9s \u00e0 des couches organiques r\u00e9pondent \u00e0 ces crit\u00e8res.<\/li>\n<\/ul>\n

    Ces facteurs de conception influencent la complexit\u00e9 de fabrication, les tandems p\u00e9rovskite-silicium \u00e9tant privil\u00e9gi\u00e9s pour une adoption commerciale \u00e0 court terme en raison de la maturit\u00e9 de la technologie photovolta\u00efque du silicium et du nombre r\u00e9duit d'\u00e9tapes de traitement par rapport aux tandems enti\u00e8rement en p\u00e9rovskite.<\/p>\n

    M\u00e9triques de performance en mati\u00e8re d'efficacit\u00e9 des cellules tandem \u00e0 p\u00e9rovskite<\/h2>\n

    Les cellules solaires tandem \u00e0 p\u00e9rovskite ont atteint des rendements de conversion de puissance (PCE) certifi\u00e9s sup\u00e9rieurs \u00e0 301\u00a0TP3T, soit une augmentation significative par rapport \u00e0 la limite Shockley-Queisser d'environ 29,11\u00a0TP3T pour les cellules silicium \u00e0 jonction unique sous un \u00e9clairement AM1.5G de 1\u00a0000\u00a0W\/m\u00b2 \u00e0 25\u00a0\u00b0C dans des conditions de test standard. Par exemple, en 2025, le Laboratoire national des \u00e9nergies renouvelables (NREL) a annonc\u00e9 un rendement record de 31,251\u00a0TP3T pour des cellules tandem p\u00e9rovskite-silicium utilisant une cellule sup\u00e9rieure en p\u00e9rovskite \u00e0 triple cation \u00e0 large bande interdite, d\u00e9pos\u00e9e sur des \u00e9metteurs passiv\u00e9s disponibles dans le commerce.<\/p>\n

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    • Les principaux m\u00e9canismes de perte comprennent la recombinaison de charges non radiative aux interfaces p\u00e9rovskite\/couche de transport et au sein de la cellule inf\u00e9rieure en silicium, les taux de recombinaison mesur\u00e9s \u00e9tant r\u00e9duits \u00e0 <10p>5<\/sup> cm-3<\/sup> par des techniques de passivation avanc\u00e9es telles que le d\u00e9p\u00f4t de couches atomiques (ALD) d'aluminium2<\/sub>O3<\/sub> et le d\u00e9p\u00f4t chimique en bain.<\/li>\n
    • La passivation de surface optimis\u00e9e, associ\u00e9e \u00e0 une ing\u00e9nierie de bande interdite graduelle, am\u00e9liore l'efficacit\u00e9 d'extraction des porteurs, minimisant ainsi les pertes de tension g\u00e9n\u00e9ralement limit\u00e9es \u00e0 <100 mV \u00e0 l'interface p\u00e9rovskite.<\/li>\n
    • Les modules tandem p\u00e9rovskites conformes aux normes IEC 61215 et IEC 61730 subissent des tests de dur\u00e9e de vie acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s comprenant des cycles thermiques (-40 \u00b0C \u00e0 85 \u00b0C, 200 cycles), une chaleur humide (85% humidit\u00e9 relative \u00e0 85 \u00b0C, 1000 heures) et une exposition aux UV (\u00e9quivalent \u00e0 1 kW\/m\u00b2 pendant 1000 heures) afin de valider l'endurance du module et la stabilit\u00e9 de la puissance de sortie.<\/li>\n<\/ul>\n

      Ces progr\u00e8s en mati\u00e8re d'efficacit\u00e9 positionnent les cellules solaires tandem \u00e0 p\u00e9rovskite comme des am\u00e9liorations viables de la technologie solaire, applicables \u00e0 diverses applications de cellules solaires, du r\u00e9sidentiel \u00e0 l'\u00e9chelle des services publics, en accord avec les crit\u00e8res d'investissement recherchant des actifs photovolta\u00efques stables et performants.<\/p>\n

      D\u00e9fis et solutions technologiques dans le d\u00e9veloppement en tandem de p\u00e9rovskites<\/h2>\n

      La d\u00e9gradation environnementale demeure le principal obstacle au d\u00e9veloppement des technologies solaires \u00e0 base de p\u00e9rovskite. L'infiltration d'humidit\u00e9 provoque l'hydrolyse des couches de p\u00e9rovskite, le rayonnement ultraviolet induit la migration des ions et les cycles thermiques favorisent les contraintes m\u00e9caniques, contribuant ainsi \u00e0 une d\u00e9gradation acc\u00e9l\u00e9r\u00e9e du mat\u00e9riau. Les strat\u00e9gies d'encapsulation combinant des modules verre\/verre avec des agents d'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 et des dessiccants ont permis de r\u00e9duire le taux de transmission de la vapeur d'eau (WVTR) \u00e0 moins de 10\u207b\u2075.-4<\/sup> g\/m2<\/sup>\/jour, permettant une meilleure long\u00e9vit\u00e9 cellulaire.<\/p>\n

      La toxicit\u00e9 du plomb dans l'iodure de plomb et de m\u00e9thylammonium et les formulations apparent\u00e9es suscite un examen r\u00e9glementaire approfondi dans le cadre de r\u00e9glementations telles que RoHS et DEEE au sein de l'UE. Les r\u00e9ponses de l'industrie comprennent\u00a0:<\/p>\n

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      • L'exp\u00e9rimentation de cellules solaires tandem \u00e0 p\u00e9rovskite sans plomb utilisant des p\u00e9rovskites \u00e0 base d'\u00e9tain (Sn) est prometteuse, bien que ces cellules atteignent actuellement des rendements de conversion de puissance (PCE) inf\u00e9rieurs \u00e0 15%, limit\u00e9s par l'oxydation de Sn en Sn.4+<\/sup> et une d\u00e9gradation rapide.<\/li>\n
      • D\u00e9veloppement de m\u00e9thodes de s\u00e9questration du plomb et de protocoles de recyclage con\u00e7us pour r\u00e9cup\u00e9rer le plomb des modules en fin de vie, en assurant un confinement bien en de\u00e7\u00e0 des limites de seuil acceptables (niveaux de parties par million) pendant les \u00e9tapes du cycle de vie d'\u00e9limination et de recyclage.<\/li>\n<\/ul>\n

        Le passage \u00e0 une production \u00e0 grande \u00e9chelle implique le d\u00e9veloppement de techniques de d\u00e9p\u00f4t plus performantes, comme le rev\u00eatement par centrifugation \u00e0 l'\u00e9chelle du laboratoire, permettant de produire des films uniformes sur des surfaces sup\u00e9rieures \u00e0 1 m\u00b2. Cette \u00e9tape est essentielle pour la production commerciale de modules solaires tandem en p\u00e9rovskite. Les m\u00e9thodes de d\u00e9p\u00f4t en phase vapeur, notamment le d\u00e9p\u00f4t chimique en phase vapeur (CVD) et le d\u00e9p\u00f4t physique en phase vapeur (PVD), contribuent \u00e9galement \u00e0 l'uniformit\u00e9 des couches et \u00e0 l'augmentation du d\u00e9bit de production.<\/p>\n

        L'encapsulation am\u00e9lior\u00e9e combine des films barri\u00e8res multicouches avec des stabilisateurs UV, un scellement des bords et des am\u00e9liorations du substrat pour atteindre une dur\u00e9e de vie op\u00e9rationnelle des modules de 20 \u00e0 25 ans, conform\u00e9ment aux normes \u00e9tablies pour les modules en silicium selon la norme IEC 61215. Cela prolonge la rentabilit\u00e9 en r\u00e9duisant la fr\u00e9quence de remplacement et les co\u00fbts de maintenance des installations solaires.<\/p>\n

        Int\u00e9gration des cellules tandem \u00e0 p\u00e9rovskite dans les projets solaires commerciaux<\/h2>\n

        Les cellules solaires tandem \u00e0 p\u00e9rovskite peuvent \u00eatre utilis\u00e9es dans diverses applications photovolta\u00efques, notamment les syst\u00e8mes photovolta\u00efques en toiture, les centrales au sol et les installations agrivolta\u00efques int\u00e9grant l'agriculture sous les panneaux solaires. Leur rendement accru permet de r\u00e9duire la surface des modules n\u00e9cessaire pour obtenir une puissance donn\u00e9e, comparativement aux cellules en silicium monocristallin.<\/p>\n