Évaluation et Optimisation de la Stabilité des Interfaces de Cellules Solaires Photovoltaïques Organiques – IN-STEP

Dans le domaine de l’électronique organique, la plupart des laboratoires focalisent leurs efforts sur le premier point limitant des cellules photovoltaïques organiques : leur faible rendement de conversion. Pour résoudre ce problème, de nombreux efforts sont fournis pour développer de nouveaux polymères à faible bande interdite et pour optimiser la nano-morphologie de la couche active.
Cependant, le second facteur limitant de ces composants électronique, leur faible durée de vie, n’est pas aussi étudié. Dans le but développer des cellules photovoltaïques organiques à haut rendement et longue durée de vie, la compréhension des mécanismes de dégradation dans le photovoltaïque organique est aussi importante que l’amélioration des rendements de conversion et doit avancer de pair avec le développement de nouveaux matériaux efficaces.

Dans ce contexte général, le but du projet IN-STEP est, dans un premier temps, d’évaluer la robustesse des différentes architectures existantes lorsqu’elles sont soumises à différents stress (chaleur, illumination), de comprendre les mécanismes de défaillance et trouver des solutions pour améliorer la robustesse de ces composants. Malheureusement, les mécanismes de dégradations sont nombreux dans une cellule photovoltaïque organique : changement de la morphologie de la couche active, modification de la structure chimique des matériaux ou encore la dégradation des interfaces. Le projet IN-STEP se focalise sur la stabilité des interfaces. Il se décline en deux étapes.

La première étape consiste en l’évaluation de la robustesse de différents types d’interfaces lorsqu’elles sont soumises à différents stress (chaleur, illumination). La stabilité des couches interfaciales utilisées pour l’extraction des trous ou des électrons, ainsi que celle des différents types d’électrodes sera étudiée au cours de plusieurs type de vieillissement. Le but de cette première phase est de comprendre les mécanismes de dégradation impliqués dans le vieillissement des cellules photovoltaïques organiques. En effet, l’identification des points de défaillance dans ce type de composants est la première étape de l’amélioration de leur durée de vie.

Dans seconde étape du projet, nous étudierons des solutions en vue d’améliorer la stabilité des performances des cellules photovoltaïques organiques. Une idée en vue d’améliorer la robustesse l’interface inférieure est de créer un contact intime entre la couche active et la couche sélective de charges (trous ou électrons). Dans cette partie, nous étudierons les potentialité, en termes de robustesse, de couches organiques greffées de manière covalente aux oxydes métalliques (ITO, couche sélective d’électrons, couche sélective de trous). Ce type de couche attachée de manière covalente devrait améliorer l’adhésion entre l’oxyde métallique et la couche active organique et devrait permettre, au final, l’amélioration de la durée de vie des composants organiques.