Développement de cellules photovoltaïques organiques à longue durée de vie et à absorption élargie dans l’infrarouge pour fenêtres solaires. – SPIR-WIND

Les cellules photovoltaïques organiques apparaissent aujourd'hui comme une technologie capable de venir compléter les dispositifs à base de semiconducteurs inorganiques pour la production d'énergie renouvelable. Cependant, de nombreux problèmes scientifiques et technologiques, tel que la stabilité des différents éléments constituant la cellule et le faible recouvrement spectrale avec la lumière solaire, nécessitent encore d'être résolus. Différents facteurs ont été identifiés comme responsables d'une altération des performances des cellules organiques au cours de leur utilisation, parmi lesquels figurent la dégradation chimique du polymère et de l'électrode ainsi que l'instabilité morphologique de la couche active. Par ailleurs, un élargissement du spectre d'absorption vers l'infrarouge permettrait d'augmenter significativement le rendement de conversion et d'envisager le développement d'applications pour l'habitat (fenêtres photovoltaïques intégrant un filtre thermique).

Ce projet a pour objectif de répondre à ces limitations en ciblant le développement :
- d'une couche active organique à base d'un mélange physique thermodynamiquement stable
- d'interfaces électrode/semiconducteur chimiquement stables
- d'une encapsulation efficace et compatible avec les contraintes industrielles
- d'un composé organique accepteur d'électron absorbant l'infrarouge.

Actuellement, la couche active d'une cellule standard est composée d'un mélange physique de deux composants immiscibles : un polymère donneur d'électrons et un dérivé soluble du fullerène. Le réseau bi-continu ainsi formé est dans un état métastable susceptible d'évoluer dans le temps. Il peut en résulter une séparation de phase excessive défavorable à la photo-génération de charges. Afin d'éviter cette évolution dommageable, l'ajout d'un surfactant est une voie prometteuse et constitue un point clef du projet. En particulier, l'utilisation d'un copolymère à blocs dont chaque bloc interagit sélectivement avec un composant du mélange doit nous permettre un meilleur contrôle de la taille du réseau et de sa stabilité.

Pour assurer une meilleure stabilité chimique des interfaces électrode/couche organique, le développement de couches barrières et d'électrodes stables et inertes sont envisagées. Par ailleurs, des systèmes polymères multi-couches densifiées seront développés pour répondre au besoin d'encapsulation des dispositifs.

Enfin, la synthèse de composés organo-métalliques possédant une haute affinité électronique et un fort coefficient d'absorption dans l'IR est prévue. Leur utilisation comme accepteur d'électron au sein de la couche active doit permettre une sensibilisation aux photons IR et augmenter en conséquence le rendement de conversion.

La réalisation d'un dispositif stable ayant une réponse dans l'IR est une première étape vers la réalisation de fenêtres solaires possédant une fonction d'écran thermique.