Des investissements substantiels, des initiatives gouvernementales et des recherches continues visant à réduire le coût de l'énergie solaire ont contribué à une forte croissance de cette technologie. Cependant, le solaire au silicium atteint ses limites d'efficacité, et sa rigidité et son poids limitent son application à l'échelle mondiale. Le photovoltaïque à pérovskite suscite un intérêt considérable comme alternative au solaire au silicium grâce à sa légèreté, sa flexibilité et ses coûts de fabrication nettement inférieurs.
Le marché du photovoltaïque à pérovskite devrait dépasser 11,75 milliards de dollars d'ici 2035. Source : IDTechEx
Dans son nouveau rapport, « Marché du photovoltaïque à pérovskite 2025-2035 : Technologies, acteurs et tendances », IDTechEx analyse en détail le marché du photovoltaïque à pérovskite, notamment les tendances émergentes et les domaines d'application qui stimulent sa croissance, ainsi qu'une évaluation approfondie des principales technologies : pérovskite en couches minces, tandem pérovskite/silicium et tandem tout pérovskite. Une analyse comparative des principales technologies solaires, basée sur les données, et une évaluation approfondie des acteurs clés et émergents permettent d'établir des prévisions de marché précises sur 10 ans pour l'ensemble du marché du photovoltaïque à pérovskite. L'analyse des procédés de fabrication à grande échelle, des principales tendances en matière de matériaux et des applications alternatives de la pérovskite photovoltaïque offre une vision globale des perspectives de ce marché. IDTechEx prévoit ainsi que le chiffre d'affaires annuel du photovoltaïque à pérovskite atteindra près de 12 milliards de dollars d'ici 2035.
Les pérovskites sont une classe de matériaux présentant une structure cristalline cubique ABX₃. Dans les pérovskites semi-conductrices (utilisées pour le photovoltaïque), le site A est généralement occupé par un gros cation organique, soit le méthylammonium (MA⁺), soit le formamidinium (FA⁺). Le site B est occupé par du plomb ou de l'étain, coordonné de manière octaédrique par des ions halogénures (site X). Les cellules solaires à pérovskite peuvent être déposées sous forme de couches minces, généralement de 5 à 500 nm d'épaisseur, par des procédés de dépôt en solution. La couche active de pérovskite est déposée sur un substrat en verre ou en plastique et prise en sandwich entre les couches de transport d'électrons et de trous et les électrodes, permettant une conduction efficace des charges pour alimenter une charge externe. La fabrication des cellules solaires à pérovskite est compatible avec les procédés de production feuille à feuille ou rouleau à rouleau, permettant une production automatisée et à grande échelle, ce qui est très avantageux financièrement. La synthèse de la pérovskite nécessite également des matières premières relativement abondantes et peu coûteuses, ce qui contribue à réduire considérablement les coûts de fabrication.
Les cellules photovoltaïques à pérovskite se divisent en cellules à simple jonction et cellules tandem. Toutes les technologies solaires à simple jonction présentent un rendement de conversion de puissance (PCE) théorique maximal d'environ 30 %. À l'instar des cellules solaires en silicium, les cellules solaires à pérovskite à simple jonction atteindront à terme un plateau de rendement. Grâce à leur légèreté et leur flexibilité, les cellules solaires à pérovskite à simple jonction sont étudiées pour des applications photovoltaïques intégrées au bâtiment (PVIB), où le panneau solaire remplace des matériaux de construction tels que les fenêtres. Ce secteur d'application reste encore limité, mais sa croissance est attendue avec l'augmentation des capacités de production de pérovskite. Les innovations technologiques continues visant à améliorer la durabilité et à réduire les coûts grâce aux économies d'échelle contribuent à une plus large acceptation des cellules photovoltaïques à pérovskite.
Il est possible de dépasser la limite d'efficacité des cellules solaires à simple jonction grâce à une architecture tandem. En empilant deux sous-cellules, l'efficacité de conversion de puissance (PCE) du dispositif atteint environ 43 %. De plus, leur faible coût et leur légèreté offrent des perspectives intéressantes pour le développement de cellules solaires hautes performances. Les propriétés optiques des pérovskites peuvent être modifiées en agissant sur leur composition chimique. On peut ainsi produire des pérovskites capables d'absorber les longueurs d'onde de haute énergie de la lumière visible (bleue) et de les convertir efficacement en énergie. Le silicium, quant à lui, convertit mal ces longueurs d'onde, mais il convertit bien celles de plus basse énergie (rouge). L'intégration de ces deux matériaux dans une structure tandem augmente l'efficacité de conversion de la lumière incidente et, par conséquent, la production d'énergie par unité de surface.
Il existe deux configurations tandem typiques : à deux bornes et à quatre bornes. Dans la configuration à deux bornes (2T), la cellule pérovskite supérieure et la cellule silicium inférieure sont intégrées de manière monolithique et connectées en série. Dans l’architecture à quatre bornes (4T), les deux cellules sont fabriquées indépendamment puis empilées mécaniquement. L’architecture 4T nécessite davantage d’étapes de fabrication ; cependant, cette structure permet une optimisation indépendante des sous-cellules, offrant ainsi une solution solaire économique et prête à l’emploi. Les lignes de production de panneaux solaires en silicium existantes peuvent être utilisées pour fabriquer la sous-cellule pérovskite indépendamment, puis la traiter afin de former le panneau solaire tandem pérovskite/silicium complet. Compte tenu de l’ampleur et de la maturité du marché du solaire en silicium, IDTechEx estime que l’utilisation de la pérovskite pour améliorer cette technologie représente l’opportunité la plus importante pour le secteur.
De manière générale, les cellules solaires tandem pérovskite/silicium devraient dominer le marché du photovoltaïque à pérovskite. Leurs propriétés mécaniques, similaires à celles des cellules solaires en silicium à simple jonction, et leur rendement de conversion de puissance (PCE) plus élevé les rendent particulièrement adaptées aux applications solaires traditionnelles, telles que les centrales solaires et les installations en toiture. À mesure que les technologies solaires de première génération arriveront en fin de cycle de vie autour de 2030 et au-delà, l'adoption des cellules solaires tandem pérovskite/silicium devrait s'accélérer, notamment grâce à la réduction significative des coûts permise par les économies d'échelle. Le rendement énergétique plus élevé par unité de surface des cellules solaires tandem pérovskite/silicium, à un prix comparable à celui des cellules solaires en silicium, les rend très attractives pour les entreprises de services publics, l'industrie et les consommateurs pour qui l'optimisation technologique et le prix sont primordiaux. C'est pourquoi de nombreux fabricants présentent déjà les cellules solaires tandem pérovskite/silicium comme la prochaine grande technologie solaire.
Auteure : Maia Benstead, analyste technologique chez IDTechEx
