Cellules Solaires tout-Polymère – POLYSOLPV

POLYSOLPV a pour objectif de développer une nouvelle génération de cellules solaires organiques basée sur des couches active tout-polymère. Ces cellules seront imprimables, peu couteuses, et devront démontrer des efficacités de conversion de 9 à 10 %. L’atteinte de cet objectif passe par l’amélioration des propriétés du matériau organique semiconducteur de type n qui jusqu’à présent et quasi invariablement est un dérivé de fullerènes. La substitution des fullerènes par de nouveaux polymères conjugués accepteurs d’électrons permettra d’améliorer significativement la collecte des photons (par ajustement du gap HOMO-LUMO) et également d’améliorer la tension délivrée par la cellule (ajustement de la LUMO). Les nouveaux matériaux qui seront développés sont basés sur des unités thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione ou bi-thiazoles pontés qui sont des hétérocycles conjugués électro-déficients. Ces unités électro-déficientes, utilisées comme co-monomères dans des polymères donneur/accepteur doivent permettre de baisser l’énergie des niveaux HOMO et LUMO, et ainsi faciliter l’injection et le transport des électrons. Un ajustement fin de la structure chimique des polymères en jouant sur la nature des co-monomères et leur proportion/répartition dans la chaine polymère permettra d’optimiser les propriétés opto-électroniques de ces matériaux. La partie synthèse du projet sera essentiellement réalisée par l’équipe du Pr. Mario Leclerc à l’Université Laval, avec le soutien des partenaires industriels chimistes (PCAS et St Jean Photochimie) pour la fourniture de monomères fonctionnels. Les nouveaux matériaux seront caractérisés à l’Université Laval et au CEA/LITEN pour ce qui concerne les propriétés de transport. La mise en œuvre des nouveaux polymères de type n en mélange avec des polymères de type p ‘classiques’ sera réalisée au CEA/LITEN. Les performances de ces mélanges donneur/accepteur comme couche active de cellules solaires seront optimisées en jouant sur divers paramètres tels que : nature du donneur et de l’accepteur, ratio donneur /accepteur, solvant, conditions de dépôt, nature et conditions du post-traitement, et enfin structure de cellule. En retour, les résultats obtenus permettront d’optimiser la structure des matériaux. Deux matériaux au moins seront sélectionnés à 18 et 24 mois pour développer leur synthèse à l’échelle multi-grammes (>10g), et permettre ainsi une optimisation poussée au niveau des matériaux eux-mêmes (pureté, masses moléculaires, reproductibilité, coût, …) mais également au niveau mise en œuvre (qualité des matériaux, reproductibilité, quantités disponibles). La participation des partenaires industriels chimistes dès le début de la phase de synthèse à l’échelle laboratoire, aura permis d’optimiser certaines étapes de synthèse en milieu industriel et permettra un démarrage rapide de la synthèse à plus large échelle. Enfin pour démontrer complètement le potentiel d’application de ces matériaux, des démonstrateurs de taille moyenne (100 cm²) seront réalisées par impression au CEA/LITEN. POLYSOLPV regroupe 2 partenaires Canadiens et 2 partenaires Français avec un équilibre entre partenaires Canadiens et Français ; 147 hxm pour el Canada et 119 hxm pour la France affectés au projet. POLYSOLPV est un projet de rupture dans le domaine des cellules solaires organiques et doit permettre de créer une nouvelle génération de cellules solaires organiques plus efficaces.