La pérovskite va-t-elle détrôner le silicium ?

Côté cellule pérovskite, rendement et efficacité battent des records : près de 27 % seule, 34,85 % en tandem sur silicium. Cette innovation du photovoltaïque solaire doit encore prouver sa durabilité sur des panneaux en toiture.

Quel est le rendement des cellules pérovskite en laboratoire et sur module ?

Le rendement d'une cellule pérovskite à simple jonction approche 27 % sur le tableau des records certifiés tenu par le NREL, le laboratoire national américain des énergies renouvelables. Ce rendement de conversion mesure la part de l'énergie lumineuse reçue que la cellule transforme en énergie électrique, sous un éclairement normalisé de 1 000 W/m² à 25 °C. Aucune autre technologie photovoltaïque n'a progressé aussi vite : la première cellule solaire pérovskite publiée en 2009 par l'équipe de Tsutomu Miyasaka, au Japon, convertissait 3,8 % de la lumière, et elle se dégradait en quelques minutes parce que son électrolyte liquide dissolvait le matériau.

Le saut décisif date de 2012, quand plusieurs équipes de recherche (Oxford, Lausanne, Séoul) remplacent l'électrolyte par une couche solide de transport de charge. Le rendement franchit alors 10 %, puis 20 % dès 2015. Le silicium, lui, a mis plus de quarante ans pour passer de 6 % à 25 %.

Dans la littérature scientifique, rédigée en anglais, on parle de « perovskite solar cell » et de « power conversion efficiency » (PCE) : les revues Nature Energy et Advanced Energy Materials publient chaque mois de nouvelles valeurs, et le graphique « Best Research-Cell Efficiency » sert de référence commune. Une valeur annoncée sans certification par un organisme indépendant (NREL, Fraunhofer ISE, JET au Japon) ne vaut pas un résultat confirmé : la dernière décimale d'un communiqué compte moins que le nom du laboratoire qui l'a mesurée.

Ces records portent sur des cellules de laboratoire de moins d'un centimètre carré. Sur une grande surface, le rendement baisse : la couche pérovskite doit rester homogène sur toute la plaque, et chaque défaut de dépôt fait perdre du courant. L'écart entre cellule record et module commercial est l'indicateur à surveiller, bien plus que le record lui-même.

Source des records : tableau « Best Research-Cell Efficiency » du NREL, relevé en 2025 ; chiffre de livraison annoncé par Oxford PV en septembre 2024.

Comment fonctionne une cellule pérovskite ?

Une cellule pérovskite fonctionne comme toute cellule photovoltaïque : un matériau semi-conducteur absorbe la lumière, chaque photon assez énergétique libère un électron, et deux couches sélectives séparent les électrons des « trous » pour produire un courant électrique. La différence tient au matériau absorbeur, un cristal hybride organique et inorganique.

Une structure cristalline de formule ABX3

Le nom vient d'un minéral, le titanate de calcium décrit dans l'Oural au XIXe siècle et baptisé en l'honneur du minéralogiste Lev Perovski. Les matériaux pérovskites du photovoltaïque reprennent sa structure cristalline : un cation organique ou métallique en A (méthylammonium, formamidinium, césium), un métal en B (presque toujours le plomb, parfois l'étain) et un halogène en X (iode, brome, chlore). Le composé historique, l'iodure de plomb méthylammonium, absorbe tout le spectre visible sur une épaisseur de quelques centaines de nanomètres, là où le silicium cristallin demande une plaquette environ 300 fois plus épaisse.

Ces propriétés cristallines expliquent l'attrait du matériau : forte absorption, électrons qui se déplacent loin sans se recombiner, et surtout une bande interdite réglable. En dosant l'iode et le brome, on fait varier cette bande interdite d'environ 1,2 à 2,3 eV, c'est-à-dire la partie du spectre solaire que la cellule convertit le mieux.

Les couches de transport de charge

Une cellule solaire pérovskite empile cinq couches principales sur un verre conducteur. La couche de transport d'électrons est souvent en oxyde de titane ou en oxyde d'étain ; vient ensuite la pérovskite, puis la couche de transport de trous, faite d'une molécule organique (spiro-OMeTAD, PTAA) ou d'un composé inorganique comme le thiocyanate de cuivre, moins cher et plus stable à la chaleur. Une électrode métallique ou transparente ferme l'ensemble. Chaque interface compte : une grande partie des gains de rendement depuis 2018 vient de la passivation de ces surfaces, pas du cristal lui-même.

Pourquoi la cellule tandem pérovskite sur silicium bat-elle les records ?

La cellule tandem superpose deux absorbeurs qui se partagent le spectre lumineux. Une cellule en silicium à simple jonction est plafonnée par la limite de Shockley-Queisser : environ 33 % en théorie et autour de 29 % en pratique pour le silicium, car les photons bleus perdent leur surplus d'énergie en chaleur et les photons infrarouges trop faibles traversent la plaquette sans rien produire.

Dans un tandem, une couche pérovskite à large bande interdite (vers 1,7 eV) capte le bleu et le vert, et laisse passer le rouge et le proche infrarouge vers le silicium (1,1 eV) placé dessous. La limite théorique d'un tandem à deux jonctions monte autour de 43 %, chiffre souvent repris par les articles qui annoncent un « rendement record » à venir. Les cellules tandem de LONGi ont atteint 33,9 % fin 2023, 34,6 % en 2024 puis 34,85 % en 2025, toujours certifiées par le NREL.

Cette architecture a un avantage industriel décisif : elle réutilise la base de silicium que l'industrie sait déjà produire par centaines de gigawatts. Le fabricant ajoute une couche fine sur une cellule existante au lieu de bâtir une filière neuve. C'est pourquoi les premiers panneaux tandem du marché sont des produits pérovskite sur silicium, et non des modules tout pérovskite. La même logique explique l'intérêt des industriels de la cellule en silicium décrite sur notre fiche fabrication d'un panneau en silicium étape par étape : ils gardent leurs lignes et y ajoutent une étape de dépôt.

Quels sont les avantages des cellules pérovskite face au silicium ?

Les cellules pérovskite cumulent quatre avantages techniques que le silicium ne peut pas offrir, même si la question de leur durée de vie reste ouverte.

• Peu de matière : une couche de moins d'un micromètre suffit, contre une plaquette de silicium de 130 à 180 micromètres.
• Un processus de fabrication à basse température : la pérovskite se dépose en solution (enduction, impression, pulvérisation) ou par évaporation vers 100 à 150 °C, alors que le silicium monocristallin exige un tirage de lingot au-delà de 1 400 °C. La dette énergétique de fabrication est donc plus faible.
• Une bande interdite réglable, qui permet d'adapter la cellule au spectre visé : soleil direct, lumière diffuse, éclairage intérieur.
• Des supports variés : verre, plastique souple, métal ; la couche se prête à des modules légers, flexibles ou semi-transparents.

Ces atouts restent théoriques tant que la production de masse n'a pas démontré ses coûts réels. Aucun fabricant ne publie aujourd'hui un coût de revient vérifiable sur une ligne de série : les comparaisons de prix avec le silicium relèvent encore de la projection.

Les cellules pérovskite sont-elles durables ?

La durabilité des cellules pérovskite reste leur faiblesse principale, et c'est elle qui décide de leur avenir commercial bien plus que le rendement. Le cristal se décompose au contact de l'humidité et de l'oxygène, ses ions migrent sous l'effet de la chaleur et du champ électrique, et les rayons UV abîment les couches de transport. Une cellule non protégée perd une partie de sa puissance en quelques jours à l'air libre.

Plusieurs leviers ont amélioré la stabilité depuis 2020 : remplacement du méthylammonium, volatil, par le formamidinium et le césium ; ajout de couches de passivation ; encapsulation verre contre verre avec joint périphérique étanche, la même solution que pour les modules bifaces. Des cellules de laboratoire passent désormais les essais accélérés de la norme IEC 61215 (1 000 heures à 85 °C sous 85 % d'humidité relative), un seuil que le silicium franchit depuis longtemps.

Réussir un essai accéléré ne prouve pas pour autant 25 ans en toiture. Le vieillissement réel combine cycles jour et nuit, gel, chaleur d'été et lumière continue, et aucune installation pérovskite n'a encore une décennie de recul en extérieur. Les mécanismes de perte connus sur le silicium, décrits dans notre page sur la dégradation induite par le potentiel (PID), s'y ajoutent ou s'y combinent d'une façon que les chercheurs étudient encore. Un module tandem d'aujourd'hui doit donc se juger sur sa garantie écrite de puissance et sur la solidité financière de son fabricant.

Le plomb des cellules pérovskite pose-t-il un problème ?

Le plomb présent dans la plupart des cellules pérovskite est la question environnementale la plus discutée. La quantité par mètre carré reste faible, inférieure à celle d'une batterie au plomb de voiture rapportée à la même production d'énergie, mais le composé se dissout dans l'eau, contrairement au plomb des soudures d'un module en silicium. Un panneau cassé exposé à la pluie peut donc relâcher du plomb dans le sol.

Trois réponses sont étudiées : des encapsulants qui captent le plomb en cas de bris, des pérovskites à l'étain sans plomb (moins stables et à rendement nettement plus bas pour l'instant), et une filière de collecte dédiée. En Europe, les panneaux photovoltaïques relèvent de la directive sur les déchets d'équipements électriques ; la filière de collecte et recyclage des panneaux en fin de vie devra intégrer cette nouvelle chimie.

Comment améliorer le rendement des cellules pérovskite ?

L'amélioration du rendement des cellules pérovskite passe aujourd'hui moins par le cristal que par les interfaces et le passage à l'échelle. Les laboratoires travaillent sur quatre axes d'optimisation.

1. La passivation des défauts en surface et aux joints de grains, qui limite la recombinaison des charges et fait gagner de la tension.
2. Les couches de transport : monocouches auto-assemblées très fines côté trous, oxyde d'étain côté électrons, choisies pour accorder les niveaux d'énergie.
3. Le contrôle de la cristallisation sur grande surface, pour obtenir la même qualité de film sur un module entier que sur une cellule d'un centimètre carré.
4. La gestion de la lumière dans les cellules tandem : texturation de la plaquette de silicium, couches antireflet, accord des courants entre les deux sous-cellules.

Les structures à trois jonctions (pérovskite, pérovskite, silicium) dépassent déjà 27 % en laboratoire et visent plus haut encore. Elles restent pour l'instant un sujet d'étude, loin de la production.

Quelles applications pour les cellules pérovskite ?

Les applications des cellules pérovskite débordent le panneau de toiture classique, parce que le matériau se dépose sur presque tout.

• Modules tandem de toiture et de centrale : plus de puissance sur la même surface, intéressant là où la place manque.
• Intégration au bâti : une couche semi-transparente ou colorée sur vitrage, proche des solutions décrites pour le panneau solaire transparent en façade ou en fenêtre.
• Supports souples et légers pour toitures qui ne portent pas de charge, véhicules ou équipements nomades.
• Éclairage intérieur : une bande interdite élargie convertit bien la lumière des LED et alimente des capteurs sans pile.
• Spatial : la puissance par kilo intéresse les satellites, même si la tenue aux radiations reste à qualifier.

Pour un particulier qui installe aujourd'hui, la solution reste le silicium : la production d'énergie solaire d'un module monocristallin courant, son stockage éventuel et sa revente sont connus, garantis et finançables, ce qui n'est pas encore le cas d'une nouvelle technologie.

Quand verra-t-on des panneaux solaires pérovskite sur le marché photovoltaïque ?

Les premiers panneaux solaires à base de pérovskite sont déjà vendus, mais en volumes symboliques face aux centaines de gigawatts de silicium produits chaque année. Oxford PV, entreprise britannique issue de l'université d'Oxford, a livré en septembre 2024 ses premiers modules tandem à un client américain depuis son usine de Brandebourg-sur-la-Havel, en Allemagne. En Chine, plusieurs fabricants (LONGi, GCL, Microquanta, UtmoLight) ont annoncé des lignes pilotes ou de première génération.

En France, la recherche est portée notamment par l'Institut photovoltaïque d'Île-de-France (IPVF) et par le CEA à l'INES, en Savoie, qui travaillent sur les tandems et leur vieillissement. L'industrie européenne y voit une occasion de reprendre pied sur un marché photovoltaïque dominé par l'Asie, avec une technologie qui ne dépend pas encore de chaînes d'approvisionnement figées.

Le calendrier dépendra de trois preuves : la stabilité en extérieur sur plusieurs années, un rendement de module tandem nettement supérieur au meilleur silicium de série, et une capacité de production qui fait baisser le coût. Tant qu'elles manquent, la pérovskite est une technologie prometteuse plutôt qu'un produit à acheter.

Parler de révolution serait prématuré. L'Agence internationale de l'énergie estime que le solaire deviendra la première source d'électricité mondiale au cours de la prochaine décennie, et cette croissance se fera d'abord grâce aux panneaux en silicium déjà installés par millions. La pérovskite se présente moins comme une alternative que comme un complément : chaque point d'efficacité gagné sur un panneau réduit la surface de toiture, de verre et de câblage nécessaire pour une même puissance. Le défi des prochaines années est donc industriel et scientifique à la fois : passer de procédés de paillasse à des lignes automatisées, sans perdre en qualité de film ni en durabilité.

Rendement record de la pérovskite et intérêt d'attendre ces panneaux

Quel est le rendement record d'une cellule pérovskite ?

Le rendement record d'une cellule pérovskite à simple jonction approche 27 % ; en tandem sur silicium, il atteint 34,85 % (LONGi, certifié par le NREL en 2025). Ce sont des cellules de laboratoire de petite taille.

Une cellule pérovskite est-elle meilleure qu'une cellule en silicium ?

Une cellule pérovskite seule rivalise avec le silicium en rendement, mais pas encore en durée de vie. Associée au silicium dans une cellule tandem, elle le dépasse nettement sur le rendement.

Faut-il attendre les panneaux pérovskite pour s'équiper ?

Attendre les panneaux pérovskite n'a pas de sens pour un projet actuel : un module en silicium posé aujourd'hui produit pendant 25 à 30 ans, alors que les modules tandem n'ont ni recul en extérieur ni réseau d'installateurs.

Que signifie « pérovskite » ?

Le mot pérovskite désigne une structure cristalline de type ABX3, nommée d'après un minéral de titanate de calcium ; les cellules solaires utilisent des pérovskites aux halogénures de plomb.