L’intégration des nouvelles technologies, et en particulier des cellules tandem pérovskite/silicium constituées en superposant une cellule à base de matériau pérovskite « top cell » sur une cellule silicium « bottom cell », est un axe fort des programmes de R&D développés par l’Institut pour la Transition Energétique INES.2S. Selon l’institut de recherche, au-delà de l’aspect économique, la prise en compte de l’impact environnemental et de l’analyse du cycle de vie des technologies doit guider les efforts de recherche vers des conceptions de cellules et de panneaux photovoltaïques pour un impact minimal sur l’environnement.
« Pour autant, il est encore bien difficile de s’orienter pour cette technologie tandem, peu mature, pour laquelle les rendements records, voisins de 30 %, n’ont été démontrés que sur des surfaces de l’ordre d’1 cm², et qui utilise en général des procédés de laboratoire pour le dépôt des couches, écrit l’INES dans un communiqué. Le manque de référentiel intégrant les progrès technologiques, résultant du TRL bas de la technologie tandem, associés à l’absence d’inventaire du cycle de vie pour les matériaux constituant les couches de la « top cell », rendent l’analyse environnementale particulièrement complexe. Cela s’explique par le grand nombre de matériaux explorés pour la fabrication des différentes nouvelles couches et par l’absence de procédé figé pour leur mise en œuvre ». La forte variabilité des données et les résultats de l’état de l’art, amplifiée par une expertise encore trop faible de la communauté sur les aspects environnementaux, n’est pas compatible avec les exigences de l’analyse de cycle de vie (ACV) qui requiert un faible niveau d’incertitude et une haute qualité des données.
C’est pourquoi l’INES a constitué une base de données d’inventaires de référence pour les matériaux potentiels de la « top cell » les plus performants avec des procédés de dépôt transposables à l’échelle industrielle.
Pour répondre aux exigences de l’ACV, l’inventaire de référence a été réalisé en prenant en compte la qualité des données (récence, cohérence, procédé extrapolable aux grandes surfaces, absence de substituts, spécification des déchets…). Ces données de référence ont été intégrées dans la base des données déjà en place au sein de l’institut pour les modules silicium. Une analyse environnementale d’une technologie de référence, un module tandem Pérovskite / silicium hétérojonction (PK/Si-HJT) a ensuite été réalisée avec les données d’inventaire collectées, en comparaison avec d’autres technologies déjà étudiées.
Image : INES CEA
Les résultats montrent que la technologie tandem PK/Si-HJT présente un large potentiel de réduction des impacts environnementaux par rapport à un module standard et ce notamment grâce à son rendement élevé. L’ajout des différentes couches de la « top cell » n’augmente pas l’impact environnemental. Le silicium de la « bottom cell », en raison de son origine chinoise, est le principal contributeur sur l’ensemble des impacts. Fabriquer ces modules tandem en Europe, depuis le silicium, sera donc un élément clé pour réduire les émissions de gaz à effet de serre de plus de 80 % pour cette technologie.
« Ces travaux se poursuivent avec un enrichissement constant de la base de données avec d’autres alternatives de matériaux de couches et de procédés de fabrication. Ils permettront de mettre en place un modèle paramétré d’analyse environnementale des différentes architectures de cellules tandem », conclut l’INES.2S.
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