Des chercheurs découvrent les matériaux photovoltaïques de demain à l’aide de l’IA

L’énergie photovoltaïque est l’une des sources d’énergie renouvelables, dont la part dans le mix énergétique doit augmenter afin d’atteindre la neutralité carbone. Développer de meilleures solutions pour le photovoltaïque est donc un enjeu stratégique, et de nombreuses recherches s’attachent à lever les verrous scientifiques pour permettre leur commercialisation. 

Dans cet objectif, Philip Schulz, directeur de recherche CNRS à l’Institut photovoltaïque d’île-de-France1 , porte le projet MATCH-UP, qui vise à synthétiser et caractériser à haut débit des matériaux pour le photovoltaïque. Les chercheurs seront assistés dans cette tâche par des intelligences artificielles développées pour ces travaux. Ce projet fait partie du PEPR DIADEM, dont les objectifs sont d’accélérer la conception et l’arrivée sur le marché de matériaux plus performants et durables, et de contribuer ainsi à la compétitivité des industries françaises. Les 47 Programmes et équipements prioritaires de recherche (PEPR), opérés par l’Agence nationale de la recherche (ANR) et pilotés ou copilotés en majorité par le CNRS, visent à soutenir la recherche fondamentale et à répondre aux enjeux prioritaires socio-économiques actuels au niveau national et européen. 

Les cellules photovoltaïques sont composées d’un empilement de multiples couches de matériaux différents, mais actuellement les interactions chimiques et physiques entre ces couches ne sont pas encore entièrement élucidées. Le projet MATCH-UP ambitionne non seulement de mieux comprendre les fonctions de ces couches, mais également de maîtriser finement les interfaces entre elles. Ces interfaces sont en effet des éléments clés dans la performance des cellules photovoltaïques, car elles influencent la conversion de la lumière solaire en électricité et la transmission des électrons.

L’utilisation des pérovskites halogénées a révolutionné ce domaine des dispositifs photovoltaïques à couches minces, ouvrant la voie à des performances inédites, avec un défi : leur composition chimique est particulièrement complexe. « Dans le projet MATCH-UP, nous allons changer la composition des cellules actuelles, à base de pérovskite : ajouter des molécules organiques, modifier les taux d’halogènes… » détaille Philip Schulz. Cependant, effectuer ces modifications aura des conséquences sur plusieurs paramètres de performance des cellules photovoltaïques : taux d’absorption et de conversion de l’énergie lumineuse, extraction de courant électrique, stabilité de la cellule… 

« C’est là que l’aspect intelligence artificielle est centrale dans notre projet : elle nous aidera à analyser la masse des données générées dans des tests à haut débit, et pourra orienter nos recherches dans les directions avec le plus d’impact. » précise le chercheur. Ces IA développées seront implémentées et gérées par des scientifiques spécialistes des lois physiques régissant le photovoltaïque, afin de créer une réelle synergie entre la puissance d’analyse des techniques d’apprentissage profond, et les connaissances d’experts du domaine.

Ce projet porté au sein de l’IPVF implique plusieurs industriels et laboratoires français du CNRS, mais collabore également avec des plateformes aux États-Unis et en Allemagne. À terme, ce réseau scientifique international centré sur la découverte de matériaux innovants permettra d’optimiser la performance des cellules photovoltaïques et participera ainsi au positionnement et à la compétitivité des industries françaises.

• 1IPVF (Chimie Paristech – PSL / CNRS / École polytechnique / IPVF) à Palaiseau