Petites molécules solubles efficaces pour application photovoltaïque – ORION

Le projet ORION est un projet multidisciplinaire porté par trois partenaires qui travaillent en synergie depuis de nombreuses années. Le premier partenaire est spécialisé dans la synthèse de matériaux organiques semiconducteurs pour le photovoltaïque organique (équipe de N. Leclerc d’ICPEES). Le second partenaire est spécialisé dans la synthèse moléculaire de fluorophores présentant des transferts de charges ultra rapides (équipe de R. Ziessel d’ICPEES). Le troisième partenaire est expert dans l’élaboration et la caractérisation avancée de dispositifs photovoltaïques organiques (équipe de T. Heiser de Icube).
Le projet ORION s’inscrit dans l’axe 1 (Production photovoltaïque d’énergie) de l’appel à projet PROGELEC et plus particulièrement dans le sous-thème 1.2 (filière des couches minces) dont l’enjeu repose en particulier sur l’amélioration des rendements énergétiques, de la stabilité et de la durée de vie dans les cellules organiques.
Le projet ORION propose d’explorer deux grandes voies pour la réalisation de cellules photovoltaïques efficaces (rendement de l’ordre de 9%) et stables à partir de petites molécules solubles à caractère donneur d’électrons.
La première voie consiste à comprendre et dépasser les limitations en rendement photovoltaïques observées lors de travaux préliminaires effectués par les deux partenaires sur deux plateformes chimiques originales : le bore-dipyrométhene, également appelé BODIPY et le triazatruxene, dont TAT est une abréviation courante. Chacune de ces plateformes a déjà permis d’obtenir des rendements de conversion photovoltaïque de l’ordre de 5%. La première phase du projet ORION vise à mieux comprendre les facteurs limitatifs sur ces deux types de plateforme afin de les dépasser. Cette voie implique les trois partenaires pour d’une part la synthèse de nouvelles molécules (spectre d’absorption élargi, coefficient d’absorption augmenté et transport intermoléculaire favorisé) et d’autre part la caractérisation physique avancée des molécules déjà synthétisées et à venir (transport de charges, taux de recombinaison des charges et paramètres photovoltaïques).
La seconde voie consiste à augmenter la stabilité de la couche active des dispositifs photovoltaïques élaborés à partir de petites molécules solubles. Cette voie, plus exploratoire et basée principalement sur la plateforme TAT, vise à conférer aux molécules synthétisées la possibilité de créer des liaisons supramoléculaires soit entre elles soit avec l’accepteur d’électrons (dérivé du PCBM) afin de stabiliser le mélange donneur/accepteur d’électrons. Différentes voies de stabilisation seront explorées impliquant la synthèse de petites molécules solubles donneuses d’électrons avec des fonctions spécifiques et/ou de dérivés du PCBM. L’aspect très exploratoire de la synthèse sera confirmé expérimentalement par l’étude de la stabilité des dispositifs photovoltaïques. Cette seconde voie implique donc également les deux partenaires du projet ORION.