Joey Luther, chercheur principal au NREL, est co-auteur d’un nouvel article appelant à une réflexion prospective sur la manière de rendre les panneaux solaires à pérovskite plus recyclables. Photographie de Werner Slocum, NREL
Les chercheurs travaillant à l’avant-garde d’une technologie photovoltaïque (PV) émergente réfléchissent à la manière de dimensionner, de déployer et de concevoir les futurs panneaux solaires pour qu’ils soient facilement recyclables.
Les panneaux solaires en pérovskites pourraient à terme jouer un rôle important dans le cadre des efforts mondiaux de décarbonisation visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Alors que la technologie sort des phases de test, c’est le moment idéal pour réfléchir de manière critique à la meilleure façon de concevoir les panneaux solaires afin de minimiser leur impact sur l’environnement dans plusieurs décennies.
« Lorsqu’une technologie en est à ses débuts, on a la possibilité de la concevoir de manière plus efficace. C’est une feuille de route plus propre », a déclaré Joey Luther, chercheur principal au Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du ministère américain de l’Énergie (DOE) et co-auteur de l’étude. article récemment publié dans la revue Nature Materials« À ce stade, il est plus judicieux de pousser le photovoltaïque à base de pérovskite vers une durabilité accrue. Nous réfléchissons à la manière dont nous pouvons nous assurer d’avoir un produit durable dès maintenant plutôt que de nous occuper des problèmes de durabilité vers la fin de sa durée de vie pratique. »
La communauté de recherche sur le photovoltaïque, note l’article, est dans une position influente pour prioriser les efforts de reconditionnement, de recyclage (aussi appelé « économie circulaire ») et de fiabilité pour faire du photovoltaïque à pérovskite l’une des sources d’énergie les plus durables du marché.
« Les pérovskites pourraient ouvrir la voie à la prochaine évolution du photovoltaïque à haut rendement, et il est de notre responsabilité de garantir qu’elles soient fabriquées, utilisées et recyclées de manière durable », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Kevin Prince, ancien chercheur diplômé du NREL qui étudie actuellement les pérovskites au Helmholtz Zentrum Berlin en Allemagne.
Les panneaux solaires en silicium dominent l’industrie et, même s’ils présentent d’énormes avantages pour l’environnement et le climat, ils n’ont pas été initialement conçus pour la « circularité ». L’autre technologie solaire de pointe, le tellurure de cadmium (CdTe), a été dotée d’un programme de recyclage établi dès le début de la technologie, en partie pour remédier à la pénurie de tellurure. Toutes les formes de fabrication technologique ont des coûts environnementaux, tels que les défis du recyclage et l’utilisation de produits chimiques potentiellement toxiques. Mais les perovskites sont à un point d’inflexion, il est donc possible de répondre à ces préoccupations dès maintenant.
L’économie circulaire la plus efficace commence dès la conception et prend en compte l’approvisionnement en matériaux, élabore une stratégie pour une longue durée de vie du produit et planifie la gestion de la fin de vie. Selon les chercheurs, la manière la plus représentative d’évaluer les impacts environnementaux de la fabrication de panneaux solaires est d’examiner les émissions de carbone libérées pendant la production, l’énergie incorporée, l’approvisionnement en matériaux durables et la circularité des modules.
L’article de la revue identifie les problèmes critiques de durabilité pour chaque composant d’un panneau solaire à pérovskite. Le plomb, par exemple, pourrait être dilué avec d’autres métaux chimiquement similaires, comme l’étain, pour réduire la quantité de plomb dans un futur panneau. Cependant, jusqu’à présent, ces substitutions se sont faites au détriment de l’efficacité et de la durabilité du PV, ce qui nécessite beaucoup plus de recherches avant que ces semi-conducteurs proposés soient prêts à être utilisés dans les modules. Les chercheurs suggèrent également que les métaux précieux coûteux utilisés dans les cellules de recherche à pérovskite, notamment l’argent et l’or, devraient être remplacés par des alternatives à faible coût, telles que l’aluminium, le cuivre ou le nickel, pour les modules commerciaux. Ils ont également déclaré que l’oxyde de fluor-étain serait un matériau plus pratique pour les électrodes avant de la cellule plutôt que l’indium plus rare utilisé dans l’oxyde d’indium-étain.
« Nous voulons avoir la plus faible quantité d’énergie incorporée dans la fabrication », a déclaré Luther. « Nous voulons avoir la plus faible quantité d’émissions dans la fabrication. À ce stade, c’est le moment d’examiner ces composants. Je ne pense pas que nous devions changer quoi que ce soit. Il s’agit plutôt de savoir quelles décisions doivent être prises, et ces arguments doivent certainement être discutés. »
Les auteurs ont mis en évidence différentes manières de penser la circularité des panneaux à base de pérovskite. La refabrication, par exemple, entre en jeu lorsqu’un ancien module est démonté dans le but d’utiliser certaines pièces pour fabriquer un nouveau module. Le recyclage, quant à lui, nécessite la conversion des déchets en matières premières qui peuvent ensuite être raffinées et réutilisées. L’un des composants qui nécessite une attention particulière est le verre spécialisé qui fournit un support structurel aux modules solaires à base de pérovskite et offre une protection contre les éléments tout en restant très transparent pour laisser passer une quantité maximale de lumière solaire. L’établissement d’une voie de recyclage pour le verre deviendra de plus en plus crucial à mesure que le déploiement du photovoltaïque se développera. La fabrication du verre telle qu’elle existe aujourd’hui nécessite des matières premières et est un processus à forte intensité énergétique.
Silvana Ovaitt, chercheuse en photovoltaïque et co-auteur de l’étude, a déclaré qu’à mesure que l’électricité du réseau lui-même devient plus propre, la fabrication des panneaux sera également plus propre, réduisant encore davantage les émissions.
« Le transport des modules finaux et du verre brut est un autre sujet de préoccupation, car ce sont les éléments les plus lourds », a déclaré M. Ovaitt. « La fabrication locale sera un excellent moyen de réduire ces impacts carbone. »
Les chercheurs expliquent que l’augmentation de la durabilité des modules photovoltaïques, et donc de leur durée de vie utile, constitue une approche plus efficace pour réduire la consommation énergétique nette, le retour sur investissement et les émissions de carbone que la conception axée uniquement sur la circularité. Même si un panneau peut être conçu en fonction de sa finalité, une durée de vie plus longue signifie qu’il n’aura pas besoin d’être recyclé aussi souvent.
« En fin de compte, nous voulons les rendre aussi durables que possible », a déclaré Luther. « Mais nous voulons également tenir compte des aspects qui se présenteront à nous quand ce moment viendra. Nous voulons réfléchir à la manière de les démonter et de réutiliser les composants critiques. »
Les autres coauteurs, tous du NREL, sont Heather Mirletz, E. Ashley Gaulding, Lance Wheeler, Ross Kerner, Xiaopeng Zheng, Laura Schelhas, Paul Tracy, Colin Wolden, Joseph Berry et Teresa Barnes.
Le Bureau des technologies de l’énergie solaire du DOE a financé la recherche.
Le NREL est le principal laboratoire national du DOE pour la recherche et le développement dans le domaine des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique. Le NREL est exploité pour le DOE par l’Alliance for Sustainable Energy LLC.
2024-07-23 18:46:58
1721750887
#Communiqué #presse #Les #chercheurs #NREL #soulignent #les #opportunités #fabrication #panneaux #solaires #base #pérovskite #avec #une #vision #long #terme #Actualités