Les cellules solaires tandem pérovskite-sur-silicium les plus efficaces sont fabriquées par traitement en solution, une méthode qui fonctionne au laboratoire mais qui peine sur les lignes de production industrielles, où l’uniformité et la fiabilité comptent plus qu’un chiffre record. L’évaporation thermique, la technique que l’industrie des semi-conducteurs connaît déjà, devrait constituer la voie industrialisable, mais elle s’est toujours heurtée à un mur : l’iodure de formamidinium, qui confère aux pérovskites leurs meilleures propriétés, se dégrade aux températures nécessaires à son évaporation.
Une équipe dirigée par l’Institut de recherche sur l’énergie solaire de Singapour (SERIS), rattaché à l’Université nationale de Singapour, avec Trina Solar comme partenaire industriel, a fait tomber ce mur. Dans Nature, elle rapporte la synthèse d’un eutectique à base de formamidinium qui abaisse la température d’évaporation effective de l’iodure de formamidinium de 36 degrés Celsius en moyenne, la faisant passer sous son seuil de dégradation. Le résultat : une évaporation stable sans dommage thermique, des films à la cristallinité renforcée et à l’homogénéité compositionnelle à l’échelle atomique, et la toute première cellule tandem pérovskite/silicium de grande surface obtenue par évaporation thermique sur une plaquette commerciale.
Les chiffres qui comptent
Le dispositif de petite surface a atteint un rendement en régime permanent de 31,5 % sur 1 cm². Sur une plaquette G12 demi-coupée commerciale de 200 cm², la cellule tandem a atteint 30,0 %. La perte lors du passage de 1 à 200 cm² représentait une pénalité relative de rendement de 3,99 %, la plus faible jamais rapportée pour des tandems à base de pérovskite, et le fruit direct de l’uniformité de film inhérente à l’évaporation.
La fiabilité, historiquement le point faible des pérovskites, a tenu sous contrainte : les dispositifs ont conservé 95 % de leur rendement initial après 2 000 heures de vieillissement en chaleur humide à 85 °C et 85 % d’humidité relative, et n’ont montré qu’une perte de puissance négligeable après deux mois de fonctionnement en extérieur. La véritable étape franchie, notent les auteurs, ne réside pas seulement dans le rendement, mais dans la preuve qu’une méthode de dépôt compatible avec l’industrie peut le porter.
L’astuce de l’eutectique
L’iodure de formamidinium, le cation de site A qui confère aux pérovskites à base de formamidinium leur stabilité thermique et leur bande interdite supérieures, a une température d’évaporation élevée et se décompose avant de s’évaporer proprement. Un eutectique, mélange dont le point de fusion est inférieur à celui de chacun de ses composants, change la thermodynamique. En formant un eutectique à base de formamidinium, l’équipe a abaissé la température d’évaporation effective de 36 degrés, maintenant le matériau sous son seuil de dégradation pendant le dépôt.
Le choix du matériau n’était pas arbitraire. Ces travaux s’inscrivent dans l’élan plus large vers les pérovskites à halogénures métalliques formamidinium-césium et s’appuient sur le constat que la perte d’éléments volatils et la ségrégation des cations en fonctionnement à haute température constituent les principales menaces pour la stabilité. En réglant le problème de l’évaporation à la source, l’équipe a fait en sorte que le reste du processus (croissance des films, ingénierie des interfaces, intégration des cellules) se comporte comme une technologie de fabrication mature.
Ce que cela signifie
La portée est industrielle. Le traitement en solution des tandems pérovskite/silicium a produit les rendements à la une de ces dernières années, mais les lignes de production privilégient l’évaporation, déjà utilisée dans les industries photovoltaïque et des écrans établies et offrant un meilleur contrôle de l’épaisseur sur de grandes surfaces. Cet article démontre que l’écart de performance entre les deux voies peut être comblé et que la voie par évaporation bénéficie d’un avantage lors du passage à grande échelle.
La conception tandem empile une cellule en pérovskite sur une cellule en silicium afin de capter une plus grande partie du spectre solaire. Avec un rendement de 30 % démontré sur une plaquette de taille commerciale et une stabilité en chaleur humide de 2 000 heures, la technologie franchit deux des trois obstacles (performance et durabilité) qui ont tenu les tandems à pérovskite à l’écart de la production en volume. Le troisième, le coût à grande échelle, est le domaine où la familiarité industrielle de l’évaporation est la plus utile.
Ces travaux ont impliqué des collaborateurs à Singapour, en Chine et aux États-Unis, notamment l’IMRE de l’A*STAR, l’Université de Pékin, l’Université des sciences et technologies électroniques de Chine, l’Institut de physique des hautes énergies de l’Académie chinoise des sciences, l’Université de Soochow, ainsi que des calculs menés en lien avec Caltech par le groupe de Wan-Jian Yin. L’article est publié sous forme de manuscrit en accès anticipé, ce qui signifie qu’il fera l’objet d’une mise au point éditoriale finale avant sa publication définitive.
Traduit par Lydie
Sources
- Luo, C., He, R., Ran, L., Hu, J., Wang, Y. et al. “Thermally evaporated perovskite/silicon tandems via formamidinium eutectic.” Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10970-1