Comment fonctionnent les cellules solaires en pérovskite et pourquoi sont-elles importantes ?

Le matériau à l'origine de l'engouement

Le silicium alimente l'industrie solaire depuis plus d'un demi-siècle. Aujourd'hui, une classe de cristaux au nom imprononçable remet en question ce monopole. Le terme pérovskite ne désigne pas une substance unique, mais une famille de matériaux qui partagent une structure cristalline spécifique, la même disposition ABX₃ observée pour la première fois dans le titanate de calcium minéral dans les années 1830. Dans les cellules solaires, l'absorbeur de pérovskite est généralement un composé halogénure de plomb, conçu au niveau atomique pour capter la lumière du soleil avec une efficacité exceptionnelle.

Ce qui rend les pérovskites si attrayantes, c'est une combinaison de propriétés que le silicium ne peut égaler à lui seul : une bande interdite ajustable, une forte absorption de la lumière, une mobilité élevée des porteurs de charge et, surtout, la possibilité d'être fabriquées à l'aide de processus relativement simples et à basse température. Les plaquettes de silicium nécessitent des fours énergivores fonctionnant à plus de 1 400 °C. Les films de pérovskite peuvent être déposés à partir d'une solution liquide, ce qui ressemble plus à de l'impression qu'à de la fusion.

Comment une cellule en pérovskite convertit la lumière du soleil en électricité

La physique est similaire à celle de toute cellule photovoltaïque. Lorsqu'un photon du soleil frappe la couche d'absorbeur de pérovskite, il excite un électron, créant ce que les physiciens appellent une paire électron-trou. L'électron porte une charge négative ; le trou (la vacance qu'il laisse derrière lui) se comporte comme une charge positive. Des couches de contact sélectives en termes de charge de part et d'autre de l'absorbeur séparent ces porteurs avant qu'ils ne puissent se recombiner : les électrons circulent dans un sens, les trous dans l'autre, générant ainsi un courant électrique utilisable.

Ce qui distingue les pérovskites, c'est leur tolérance. Les cellules en silicium perdent rapidement de leur efficacité lorsque le cristal contient des impuretés ou des défauts structurels. Les pérovskites sont remarquablement tolérantes à ces imperfections. Des recherches publiées en 2026 ont révélé que les réseaux naturels de parois de domaines à l'intérieur du réseau de pérovskite agissent comme des champs électriques internes, séparant les porteurs de charge et permettant un transport à longue portée, même dans des cristaux imparfaits, une raison essentielle pour laquelle les pérovskites sont plus performantes que prévu lors de la fabrication.

Un autre avantage est la possibilité d'ajuster la bande interdite. En modifiant la composition chimique de la pérovskite (en remplaçant les halogénures comme l'iode, le brome ou le chlore), les ingénieurs peuvent ajuster les longueurs d'onde de la lumière que le matériau absorbe le plus efficacement. C'est quelque chose que le silicium ne peut tout simplement pas faire.

L'histoire de l'efficacité : de 3,8 % à 34 %

Lorsque le chimiste japonais Tsutomu Miyasaka a présenté pour la première fois une cellule solaire en pérovskite en 2009, elle ne convertissait que 3,8 % de la lumière du soleil en électricité. En 2025, les cellules en pérovskite à jonction unique avaient dépassé 27 % dans des conditions de laboratoire certifiées, un rythme d'amélioration record inégalé par toute autre technologie photovoltaïque de l'histoire.

L'enthousiasme est encore plus grand pour les cellules tandem, qui empilent une couche de pérovskite sur une cellule en silicium. Étant donné que les deux matériaux absorbent différentes parties du spectre solaire, un dispositif tandem capture plus d'énergie de chaque photon. Les tandems pérovskite-silicium ont atteint des rendements de 34,85 % en laboratoire, dépassant confortablement le plafond pratique d'une cellule uniquement en silicium (environ 26-27 %).

Les produits commerciaux ne sont pas loin derrière. La société britannique Oxford PV a commencé à livrer des panneaux tandem avec un rendement de 24,5 % à des projets à l'échelle des services publics américains à la fin de 2024. La société chinoise UtmoLight a annoncé un rendement de 18,1 % à l'échelle du module sur une ligne pilote de 150 MW au début de 2025, des chiffres qui auraient semblé impossibles il y a dix ans.

Les défis qui subsistent

Malgré les gros titres, la technologie de la pérovskite est confrontée à trois obstacles tenaces avant de pouvoir remplacer ou compléter de manière significative le silicium à grande échelle.

• Durabilité. Les panneaux en silicium sont généralement garantis 25 ans. Les cellules en pérovskite se dégradent plus rapidement, en particulier lorsqu'elles sont exposées à l'humidité, à la chaleur et à un rayonnement UV prolongé. Les techniques d'encapsulation s'améliorent rapidement, mais les données de terrain à long terme sont encore minces.
• Toxicité du plomb. La plupart des pérovskites à haut rendement contiennent du plomb. Un panneau cassé pourrait lessiver le plomb dans le sol ou l'eau, ce qui soulève des préoccupations réglementaires et environnementales. Les chercheurs explorent des alternatives sans plomb utilisant de l'étain ou du bismuth, mais celles-ci sont nettement moins efficaces.
• Passage du laboratoire à l'usine. Une cellule de laboratoire de la taille d'un ongle est beaucoup plus facile à fabriquer parfaitement qu'un module commercial d'un mètre carré. Les panneaux commerciaux d'Oxford PV atteignent un rendement de 24,5 %, bien en deçà de leur record de laboratoire certifié de 28,6 %, ce qui illustre la difficulté de maintenir les performances à grande échelle.

Pourquoi cette technologie est importante pour la transition énergétique

Le Solar Energy Technologies Office du ministère américain de l'Énergie a identifié les pérovskites comme un domaine de recherche prioritaire précisément parce qu'elles pourraient réduire considérablement le coût et augmenter la production des installations solaires. Le Japon s'est fixé un objectif national de 20 gigawatts d'électricité produite par les pérovskites d'ici 2040.

Si les problèmes de durabilité et de toxicité sont résolus (et le rythme des progrès suggère qu'ils le seront à terme), les cellules solaires en pérovskite pourraient rendre l'énergie solaire moins chère, plus légère et plus polyvalente que jamais. Les films flexibles en pérovskite pourraient recouvrir des surfaces courbes, des toits de véhicules ou des façades de bâtiments que les panneaux rigides en silicium ne peuvent pas atteindre. Dans un monde qui se précipite pour décarboniser son approvisionnement énergétique, ce type de flexibilité pourrait s'avérer aussi précieux que les gains d'efficacité eux-mêmes.