CEllules PHOtovoltaïques Organiques à Couche active Stabilisée – CEPHORCAS

Le projet CEPHORCAS s'inscrit dans la thématique "concepts et procédés innovants" pour le développement des filières solaires photovoltaïques (axe 3) et reprend le concept présenté dans le précédent appel à projets "solaire photovoltaïque". Ce projet concerne plus particulièrement les cellules solaires à base de matériaux organiques, permettant de proposer des modules à bas coût et sans problème d'approvisionnement de matières. Les améliorations à apporter à ce type de dispositifs concernent les rendements de conversion et les durées de vie. Ce projet s'intéresse plus particulièrement à ce deuxième point qui est extrêmement critique pour le développement des applications, en particulier pour amener des solutions fiables à leur intégration. La couche active des cellules à base de polymères est constituée de deux composantes : le donneur pour absorber le flux de photons solaires (polymère) et l'accepteur (dérivé du fullerène) pour dissocier les charges.

L'obtention d'une morphologie à l'échelle nanométrique est critique pour optimiser à la fois la séparation des charges et assurer leur collecte aux électrodes. Les paramètres pour contrôler la structure de la morphologie sont maintenant bien établis, mais la ségrégation de phases est inévitable au cours du fonctionnement. Ce projet vise à apporter des améliorations de la stabilité de la morphologie du mélange donneur/accepteur en utilisant des matériaux réticulables pour la couche active qui permettront de la figer au sein d'un réseau chimique. L'état de l'art national et international sur ce sujet montre que cette approche a très peu été abordée et les quelques résultats présentés sont prometteurs, ce qui rend ce projet stratégique. Plusieurs types de matériaux seront développés : des polymères donneurs dérivés du polythiophène pouvant être réticulés par post-traitement, des dérivés du polythiophène réticulables sur l'accepteur de type fullerène et enfin des dérivés du fullerène réticulables.

Il est essentiel d'aborder ces différentes voies pour à mi-parcours du projet pouvoir discriminer celle qui paraîtra la plus appropriée. En effet, il est visé que le post-traitement à mettre en oeuvre pour obtenir la réticulation soit simple (processus thermique ou photochimique) pour ne pas alourdir la phase de préparation des cellules (le cas idéal étant la réticulation lors du fonctionnement à l'exposition au soleil). Sur la base de ce choix, la deuxième partie du projet sera consacrée à la caractérisation approfondie des matériaux utilisés, y compris l'optimisation de la préparation des dispositifs en passant par une optimisation fine de la formulation des encres PV avec notre partenaire industriel RHODIA. Une étude complète du vieillissement sera réalisée sur les matériaux afin d'évaluer leur stabilité dans des conditions contrôlées (en absence d'oxygène et avec des taux contrôlés d'oxygène et d'eau) et d'expliquer les éventuels processus de dégradation. Enfin, les caractéristiques photovoltaïques des cellules préparées avec ces matériaux réticulés seront suivies dans le temps par vieillissement accéléré sous irradiation continue.