La fabrication des modules intégrant des cellules PV en pérovskite confrontée à des risques d’approvisionnement ?

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D’après pv magazine International

Un groupe de chercheurs basé en Allemagne et en Suède a étudié l’approvisionnement en matériaux que nécessiterait la fabrication de technologies tandem à base de pérovskite à une échelle permettant une pénétration de l’énergie solaire de plusieurs térawatts. Ses travaux ont recensé des « risques d’approvisionnement » en matériaux entrant dans la composition de dispositifs PV haute performance en pérovskite, notamment du césium (Cs) utilisé dans des alliages de pérovskite, de l’indium employé dans les électrodes transparentes, et de l’or présent dans les électrodes et certaines couches de contact organiques.

« J’ai été particulièrement frappé par le rapport entre la demande et la production de Cs. J’avais effectué quelques calculs rapides pour différents matériaux au commencement du projet, mais le Cs ne figurait pas sur ma liste », indique Lukas Wagner, chercheur à l’Université Philipps de Marbourg en Allemagne, à pv magazine. Selon lui, pour évaluer la criticité de l’approvisionnement en césium, il faut disposer de chiffres fiables concernant l’évolution de l’extraction minière. Ses travaux sont détaillés dans l’article The resource demands of multi-terawatt-scale perovskite tandem photovoltaics, paru dans Joule. Les chercheurs travaillent à l’Université d’Uppsala, pour l’Institut allemand Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (Fraunhofer ISE) et l’Institut allemand Fraunhofer pour le recyclage des matériaux et les stratégies en matière de ressources (Fraunhofer IWKS).

« Par rapport à la plupart des autres matériaux évalués, la production de Cs est extrêmement basse aujourd’hui. Je pense que cela s’explique principalement par la très faible demande : les applications utilisant le Cs sont tout simplement peu nombreuses. Il est donc possible que les besoins en extraction de Cs devront augmenter au même rythme que la production de cellules en pérovskite », ajoute-t-il.

« En d’autres termes, nous serons peut-être en mesure de nous passer des combustibles fossiles, mais pas des minerais. Lorsque nous concevons les technologies de l’énergie du futur, nous devons donc nous efforcer d’utiliser les ressources matérielles de la manière la plus pérenne possible. »

Il y a aussi du pain sur la planche pour porter à grande échelle les capacités de production des halogénures ainsi que des « solvants organiques les plus prometteurs pour le revêtement des couches en pérovskite ». D’après les scientifiques, à l’exception du PEDOT:PSS, aucune des voies de synthèse des matériaux organiques de transport des charges n’est actuellement compatible avec une production à l’échelle industrielle.

Les travaux de recherche ont pris en compte deux facteurs de criticité de l’approvisionnement : la production primaire de minerais et la capacité de production des matériaux de synthèse. Selon l’équipe de scientifiques, cette approche est plus pertinente que les comparaisons classiques entre demande et production car elle met en relief le passage de la fabrication en laboratoire à la production industrielle, lequel devrait également être intégré dans les analyses de disponibilité des ressources.

Les chercheurs ont utilisé l’outil de modélisation numérique REgional Model of Investment and Development (REMID), mis au point par l’Institut de recherche sur les effets du changement climatique de Potsdam (PIK). Ses développeurs le présentent comme un outil représentatif de l’évolution future des économies mondiales comportant un niveau de détail élevé en termes de technologies de l’énergie et d’implications pour le climat à l’échelle mondiale.

Les chercheurs insistent sur le fait que leurs estimations ne doivent pas être considérées comme des perspectives de marché, mais comme une estimation plausible des ressources nécessaires si la demande mondiale en modules PV devait être couverte par des dispositifs tandem à base de pérovskite.

Les solvants ont été pris en compte dans les calculs, mais pas le verre ni les métaux de base tels que le cuivre, l’aluminium ou l’acier entrant dans la composition des fils électriques, des systèmes de montage et des cadres, pour se focaliser uniquement sur les différentes couches fonctionnelles de la cellule solaire.

Les présentations de l’étude ont enregistré des retours positifs et suscité des débats sur la durabilité, les ressources et le recyclage. « L’idée était de fournir à la communauté certains critères pour le choix des matériaux. Mais le message que notre étude fait passer en filigrane, c’est que nos travaux de recherche sur le PV visent toujours à lutter contre le dérèglement climatique. Or, pour avoir une incidence réelle, il faut commencer à envisager les choses à l’échelle du TW, et ce dès la phase du laboratoire, lorsque nous fabriquons des cellules inférieures à 1 cm² », conclut Lukas Wagner.

Traduction assurée par Christelle Taureau

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