Assurer la circularité des panneaux solaires en pérovskite dès le départ

D’après pv magazine international.

Des chercheurs américains du laboratoire national des énergies renouvelables NREL du Département de l’Énergie se sont servis d’un référentiel sur l’économie circulaire pour définir comment mettre à l’échelle, déployer et concevoir des panneaux solaires en pérovskite aux halogénures métalliques plus facilement recyclables.

Alors que des initiatives de commercialisation de la technologie solaire à base de pérovskite aux halogénures métalliques sont menées, avec notamment des démarches visant à assurer sa performance durable, des chercheurs du NREL ont lancé une étude prenant en compte les facteurs de conception durable en tant que critères importants pour la commercialisation.

« Au travers de ce document de synthèse, nous entendons souligner le fait que la technologie existante ne priorise pas la fabrication de produits durables et circulaires en amont. Elle n’a pas été pensée spécifiquement en vue de réduire les déchets ou de consommer un minimum d’énergie dans les étapes de transformation, a déclaré l’auteur correspondant de la recherche, Joey Luther, à pv magazine. Toutefois, comme le photovoltaïque est une technologie intrinsèquement durable, il est temps d’entamer une réflexion sur le développement de la commercialisation de la pérovskite aux halogénures métalliques en ayant à l’esprit la durabilité. »

Le groupe a mené l’évaluation en se basant sur un prototype de module à jonction unique en pérovskite aux halogénures métalliques correspondant aux conceptions commerciales. Il est doté d’un cadre avec rails de montage dans une configuration bi-verre avec encapsulation en polymère et scellement du bord caractéristique des panneaux en silicium et tellurure de cadmium. Les cellules solaires individuelles sont intégrées par gravure et comportent un verre avant doté d’un conducteur transparent, la couche de pérovskite aux halogénures métalliques étant placée entre les matériaux de transport d’électron et de trou et l’électrode arrière.

De plus, l’équipe s’est penché sur les constituants chimiques, les molécules et les matériaux classiquement utilisés dans les sites de pérovskite A, B et X.

Dans tous ces domaines, les aspects de durabilité ont été évalués, notamment l’intensité énergétique de la production, l’intensité carbone, l’extraction de minéraux rares, la recyclabilité, la richesse de la terre, le coût, l’utilisation de combustibles fossiles, l’encapsulation à sécurité intégrée, les risques pour la santé et l’inflammabilité.

Par ailleurs, le prototype a fait l’objet d’une évaluation sur les questions des matériaux critiques, de l’énergie intrinsèque, des impacts carbone et des processus de chaîne d’approvisionnement circulaire. L’analyse portait sur le cadre, les matériaux du rail, le verre avant et arrière, les polymères d’encapsulation, les solvants, les matériaux de transport d’électrons et trous et les matériaux d’électrode.

Conclusions et perspectives

Dans un tableau détaillé, l’équipe a exposé les onze « R » de la circularité du photovoltaïque qui peuvent offrir des opportunités et des avantages dans une production durable. Cette adaptation du concept « Réduire, réutiliser, recycler » présente notamment les R suivants : refuser les combustibles fossiles et matériaux à forte émission de carbone, réduire la consommation d’énergie, de matériaux et de carbone, réparer ou concevoir pour réparer, réutiliser, réalimenter, restaurer et récupérer l’énergie.

En matière de recyclage, les chercheurs ont précisé que le « recyclage » inclut à la fois le downcycling à une moindre valeur, et des produits de qualité moindre. Ils ont expliqué que le recyclage est bénéfique lorsque les produits récupérés remplacent des matériaux vierges, ce qui nécessite un traitement énergivore. Des améliorations sont possibles. Ils donnent l’exemple de la production de verre solaire qui s’approvisionne encore en verre neuf pour les nouveaux produits solaires en verre, et non en calcins de verre solaire post-consommation.

L’équipe a identifié cinq domaines clés et opportunités à viser. La première est l’amélioration de la fiabilité des modules en pérovskite aux halogénures métalliques afin qu’ils répondent aux normes de durée de vie actuellement appliquées dans le photovoltaïque commercial. La seconde est de se pencher sur la chaîne d’approvisionnement des matières premières à faible volume de transaction, comme le césium, afin d’assurer une accessibilité adéquate pour une mise à l’échelle durable d’une composition de pérovskite aux halogénures métalliques, ou une recherche ciblée visant à les réduire ou les substituer. La troisième est de trouver des substituts à l’indium. La quatrième est d’explorer les moyens d’accélérer le recyclage du verre solaire sans downcycling. Et la cinquième est de perfectionner les processus de reconditionnement de modules.

« Une combinaison raisonnable de ces solutions permettrait aux solaires à base de pérovskite aux halogénures métalliques de contribuer significativement et durablement à la transition énergétique », a souligné l’équipe.

Les scientifiques affirment que le fait d’« assurer la circularité de la chaîne d’approvisionnement photovoltaïque, en passant notamment par le recyclage et le reconditionnement du verre », offre des opportunités en matière de réduction de l’énergie intrinsèque et d’émissions de carbone du solaire à base de pérovskite aux halogénures métalliques. Ils concluent que « des améliorations de la durée de vie et de fiabilité restent essentielles à la transition énergétique et sont les plus profitables ».

Leur vision est détaillée dans l’article « Sustainability pathways for perovskite photovoltaics » publié dans nature materials.

Traduction assurée par Anne Akpadji.

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