Des chercheurs de l'University of Osaka ont mis au point un système de fabrication automatisé qui utilise l'intelligence artificielle et l'imagerie haute vitesse pour améliorer la production de cellules solaires. Cela pourrait-il aider à accélérer la prochaine génération d'énergie solaire, moins chère et plus efficace ?
Des scientifiques japonais ont fait la démonstration d'une nouvelle approche de fabrication de cellules solaires avancées, combinant l'automatisation robotique, des caméras haute vitesse et l'apprentissage automatique pour atteindre une efficacité de conversion d'énergie de 24,4 %. La recherche, rapportée par l'University of Osaka le 2 novembre 2026 et publiée dans ACS Nano, se concentre sur l'un des plus grands défis de la technologie photovoltaïque de nouvelle génération : produire des cellules solaires de haute qualité de manière constante.
Les chercheurs ont travaillé avec des pérovskites, des matériaux qui suscitent un intérêt énorme car ils peuvent absorber efficacement la lumière du soleil dans des couches extrêmement minces. Contrairement aux cellules solaires au silicium conventionnelles, qui reposent sur des plaquettes cristallines relativement épaisses, les couches absorbantes de lumière en pérovskite peuvent être produites à partir de solutions chimiques liquides. Mais le contrôle de la cristallisation de ces liquides s'est avéré difficile.
24,4 % d'efficacité — qu'est-ce que cela signifie ?
Une cellule solaire avec une efficacité de conversion de 24,4 % transforme environ 24,4 % de la lumière solaire qui la frappe en énergie électrique dans des conditions d'essais en laboratoire standardisées. Prenons un panneau solaire hypothétique recevant 1 000 watts de lumière solaire par mètre carré. À 20 % d'efficacité, un mètre carré générerait 200 watts. À 24,4 %, la puissance grimperait à 244 watts — soit une augmentation de 44 watts, ou 22 %.
Pour une installation théorique de 10 mètres carrés, cette différence correspond à 440 watts supplémentaires pour un même niveau d'éclairement. Ces calculs illustrent l'efficacité de conversion et non une performance vérifiée provenant d'un panneau commercial fabriqué par le système japonais. Les panneaux de silicium commerciaux actuels atteignent couramment des rendements de module d'environ 20 à 23 %. Le résultat d'Osaka est donc compétitif, mais les cellules de laboratoire et les modules commerciaux finis ne peuvent être comparés directement. Le chiffre de 24,4 % ne représente pas non plus un nouveau record mondial pour les cellules solaires à pérovskite.
Des robots qui observent ce que les humains ne peuvent pas voir
La percée ne réside pas seulement dans l'efficacité obtenue. Son importance tient à la compréhension et au contrôle du processus de fabrication. Les cellules à pérovskite sont produites en déposant une solution chimique sur une surface. À mesure que le liquide sèche, ses composants se cristallisent en une couche solide qui absorbe la lumière du soleil.
D'infimes changements de température, d'humidité ou de conditions de séchage peuvent affecter la formation des cristaux et les performances électriques. L'équipe d'Osaka a mis au point une plateforme robotique qui observe le processus tout en enregistrant simultanément les conditions environnementales. Des caméras haute vitesse surveillent les changements de couleur du film en moins d'une seconde. Le système peut également mesurer le mouvement et l'impact de gouttelettes microscopiques en quelques millisecondes seulement.
Une milliseconde correspond à un millième de seconde. Des événements durant cinq millisecondes se produisent 200 fois plus vite qu'un intervalle d'une seconde. De telles observations permettent aux scientifiques d'examiner des processus de fabrication qui seraient difficiles à analyser manuellement. Un logiciel d'apprentissage automatique recherche ensuite dans les mesures des relations entre les conditions de traitement et la qualité du matériau fini.
Pourquoi les gouttelettes minuscules comptent
Une étape particulièrement importante consiste à appliquer un antisolvant pendant la formation du film. Ce liquide encourage les matériaux dissous à se cristalliser. Cependant, le moment, la vitesse et la distribution des gouttelettes influencent fortement le film résultant.
Les chercheurs ont identifié une plage optimale de comportement des gouttelettes et ont ajusté le processus de fabrication en conséquence. En utilisant ces résultats, ils ont produit une cellule solaire à pérovskite à base de plomb avec une efficacité de 24,4 %. Cette réussite démontre que l'analyse des conditions de fabrication en temps réel peut aider à améliorer un dispositif fonctionnel. Cela ne prouve pas encore que le système donnera des résultats équivalents sur des lignes de production commerciales à grande échelle.
La course au-delà du silicium conventionnel
Le silicium domine la fabrication solaire depuis des décennies, bénéficiant d'énormes économies d'échelle. Les pérovskites offrent une opportunité différente : elles peuvent potentiellement être fabriquées à l'aide de processus à plus basse température et combinées avec des cellules au silicium. Dans des configurations tandem, différents matériaux absorbent différentes parties du spectre solaire, ce qui permet d'extraire plus d'électricité d'une même lumière solaire. Des cellules tandem de recherche ont déjà démontré des rendements dépassant 30 %, illustrant le potentiel de la combinaison des technologies. Cependant, les pérovskites font toujours face à des obstacles commerciaux importants, notamment la stabilité à long terme, la résistance à l'humidité, l'uniformité de la production et la gestion environnementale des matériaux contenant du plomb.
Ce qu'une plus grande efficacité signifie pour les coûts de l'électricité
Considérons une installation solaire hypothétique délivrant 100 mégawatts dans des conditions de pointe standardisées. Une amélioration relative de 22 % de l'efficacité du module pourrait réduire la surface physique de cellules solaires nécessaire pour atteindre la même puissance nominale, en supposant que toutes les autres conditions restent égales. Pour les marchés où le foncier est limité, comme le Japon, certaines parties de l'Europe et les économies asiatiques densément peuplées, l'amélioration de la production d'électricité par mètre carré est particulièrement précieuse.
Mais l'efficacité seule ne détermine pas le coût de l'électricité solaire. Les frais d'installation, le rendement de fabrication, le financement, la durée de vie opérationnelle et les taux de dégradation influencent tous les prix finaux de l'électricité. La technologie d'Osaka vise à améliorer un facteur essentiel : le contrôle de la fabrication.
L'intelligence artificielle entre dans l'usine solaire
La véritable importance de l'expérience japonaise pourrait s'étendre au-delà d'un matériau de cellule solaire particulier. Des systèmes robotiques capables d'observer des processus chimiques, d'apprendre des expériences précédentes et d'ajuster les conditions de production pourraient accélérer la recherche sur les batteries, les semi-conducteurs et d'autres matériaux avancés. Pour le Japon, qui rivalise avec la Chine, l'Europe et les États-Unis dans le domaine des technologies d'énergie propre, une fabrication plus fiable pourrait devenir un avantage important.
Le prochain défi consiste à prouver que le processus de laboratoire peut être transposé à des modules solaires plus grands tout en maintenant l'efficacité, la stabilité et des coûts acceptables. La cellule solaire expérimentale à 24,4 % du Japon n'est pas encore une percée commerciale. Mais elle démontre comment la combinaison de l'automatisation et de l'intelligence artificielle pourrait aider à transformer des technologies de laboratoire prometteuses en produits industriels plus fiables.
