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jeudi, juin 30, 2022

des chercheurs suisses laborent un moyen de rendre la provskite moins toxique

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La provskite offre des rendements suprieurs au silicium, dans le photovoltaque, mais sa toxicit pose problme. Des chimistes de l’EPFL ont utilis du sel de phosphate pour empcher le plomb qu’elle contient d’tre lessiv et de polluer le sol.

Des chercheurs de l’cole polytechnique fdrale de Lausanne (EPFL), en Suisse, ont expriment un moyen de rendre les cellules photovoltaques provskite plus propres. Ce matriau prsent dans la nature (CaTiO3) mais synthtis sous des formes hybrides confre de nombreux avantages pour le photovoltaque, dont un procd bas cot et un rendement suprieur au silicium seul. Cependant, la prsence de plomb potentiellement soluble dans l’eau remettait jusqu’ici en question son utilisation grande chelle.

Un complment avantageux

Comme nous l’explique Malek Benmansour, chef de laboratoire au dpartement des technologies solaires de l’Institut national de l’nergie solaire (Ines), la provskite est gnralement synthtise, avec un mlange d’halognures base de plomb (comme la forme CH3NH3PbI3), par voie humide. Ensuite, elle est recuite des tempratures avoisinant les 100C. Elle est enfin dpose en couche mince, de 300 600 nanomtres d’paisseur, comme surplus de porteurs de charge.

Ajoute ainsi au silicium dans les cellules photovoltaques, elle participe former un dispositif en tandem: la provskite permet d’avoir des tensions lectriques en sortie plus importantes que le silicium seul. Monts en srie, leurs tensions s’additionnent et dpassent le rendement thorique du silicium, autour de 28%. Le record actuel, en laboratoire sur une surface photovoltaque de 1 cm2, se situerait, en moyenne, autour de 29,5% voire jusqu’ 33%. En plus de son rendement suprieur, la provskite a l’avantage d’tre facilement exploitable, profitant des chanes industrielles prexistantes de production des panneaux en silicium, souligne le chercheur.

Nanmoins, le dploiement sur une grande surface uniforme, sans perte de performance, constitue un frein sur lequel travaille de multiples quipes de recherche. Le plomb composant la provskite en est un autre. La formulation actuelle ne comprend qu’un gramme par m2 de plomb soit sept fois moins que dans les panneaux actuels la diffrence que celui-ci est soluble dans l’eau, prcise Malek Benmansour.

La toxicit de la provskite

Il suffit qu’un panneau se brise ou subisse de fortes prcipitations pour extraire le plomb et le propager ensuite dans le sol. Le plomb [est] un poison, explique le professeur LszlForr, co-auteur de l’tude publie le 15 juillet dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces. Si le panneau solaire tombe en panne, le plomb peut tre lessiv dans le sol, entrer dans la chane alimentaire et provoquer de graves maladies. Cette proprit potentiellement toxique rend jusqu’ici difficile l’approbation de la fabrication de cellules photovoltaques provskite grande chelle et des fins commerciales. Outre les normes dj en vigueur auxquelles cette fabrication est soumise, la toxicit ventuelle de la provskite pose problme en termes d’acceptabilit sociale, atteste Malek Benmansour.

Si nous n’avons pas remplac le plomb pour le moment comme cation, par notamment de l’tain moins performant et plus toxique pour l’environnement, c’est parce que nous n’avions pas de meilleures alternatives, nous confie le chercheur de l’Ines. Sinon, a ferait longtemps qu’on aurait dploy des cellules photovoltaques provskite sans plomb. L’alternative du pigeage, si elle n’impacte pas les performances, peut ouvrir la voie.

Une solution sale, pour piger le plomb

Pour viter les problmes environnementaux lis au plomb sans nuire aux performances des panneaux solaires, le professeur LszlForr et ses collgues chimistes ont donc opt pour un sel de phosphate transparent ((NH4)2HPO4), qui ne bloque pas la lumire solaire. Adjoint la provskite de base plomb-halognures, le sel va ragir immdiatement avec le plomb, si jamais celui-ci est libr. Il produit alors un compos insoluble dans l’eau, qui ne peut tre lessiv.

Il y a quelques annes, nous avons dcouvert que des cristaux de sel de phosphate transparents et bon march, comme ceux que l’on trouve dans les engrais du sol, peuvent tre incorpors dans diverses parties des dispositifs base de provskite aux halognures de plomb en sandwich, tels que les photodtecteurs, les LED ou les cellules photovoltaques, dtaille EndreHorvth, co-auteur de l’tude. Ces sels ragissent instantanment avec les ions plomb en prsence d’eau et les prcipitent en phosphates de plomb extrmement peu solubles dans l’eau. A l’avenir, ce procd chimique scurit intgre pourrait donc rendre l’utilisation de dispositifs provskite plus sr. Malek Benmansour de l’Ines confirme: C’est un travail excellentissime qu’a men l’quipe suisse.

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Article publi le 27 aot 2021

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