Modules solaires photovoltaïques organiques de grande surface à hauts rendements stabilisés – HELIOS

La production industrielle de modules solaires photovoltaïques organiques (OPV) est imminente en Europe et dans l’hexagone en particulier. Les cellules solaires organiques présentent de nombreux avantages : elles sont imprimables en grande-surface par des procédés à faible coût et à température ambiante. Elles présentent des rendements de conversion photovoltaïque records au-delà de 10 % et représentent donc une technologie émergente concurrente des cellules couches-minces inorganiques comme le silicium amorphe en particulier. Ces deux propriétés permettent des empreintes énergétiques bien plus courtes que celles de toutes les autres technologies PV inorganiques. Le retours sur l'investissement énergétique est ici de quelques mois seulement. Cependant, la durée de vie de modules OPV est à ce jour encore courte et des efforts de recherche et développement sont nécessaires. Pour améliorer la durée de vie d’une cellule solaire, il faut prévoir une bonne encapsulation et/ou prévoir des matériaux les plus stables possibles face aux sollicitations photochimiques. Il est aussi indispensable de stabiliser la nanomorphologie des couches à hétérojonctions en volume (BHJ) paramètre clé d’un bon rendement PV et pourtant très instable thermiquement en particulier. La présente proposition se focalise donc sur ces points particuliers avec la stabilité de la nanomorphologie et le maintien du rendement PV initial.
HELIOS a pour objectif la production de prototypes de modules OPV basés sur la technologie de réticulation chimique récemment inventée au cours d’un précédent projet, le projet CEPHORCAS (ANR-HABISOL-2010-003). La réticulation permet l’accrochage par liaisons covalentes des molécules semiconductrices de manière à renforcer la matière. En contrôlant le processus chimique mis en jeu, aucune perte de performance n’est provoquée par la réticulation. Par contre, celle-ci permet d’accroître deux paramètres de stabilité, la nanomorphologie de la couche semiconductrice à BHJ, et la matière organique contre les agressions photochimiques. De fait, la technologie de réticulation permet d’accroître significativement la durée de vie des cellules OPV face à des sollicitations thermiques et/ou photochimiques. Les partenaires académiques chimistes d’HELIOS, AM2N-ICG (Montpellier) et MOLTECH-Anjou (Angers) travailleront sur les développements de nouveaux composés réticulants qui sont des additifs à ajouter de manière universelle quel que soit le couple de semiconducteurs. Suite à CEPHORCAS, nous souhaitons développer des additifs stabilisants encore plus performants et amenant de nouvelles fonctionnalités. Premièrement, les additifs seront aussi structurants. Ils permettront d’améliorer l’auto-organisation de la morphologie de la BHJ pour faciliter la technique de dépôt. Deuxièmement, les additifs stabilisants, pour le moment inerte du point de vue PV seront modifiés pour les rendre photo-actifs. En utilisant un effet d’antenne finement ajusté, ils pourront participer à la collection/conversion de photons solaires. Les procédés de réticulation, de fabrication et de caractérisations des cellules OPV seront étudiés à IMS (Bordeaux). ICCF (Clermont-Ferrand) étudiera le vieillissement photochimique et thermique des matériaux et des cellules solaires. HELIOS est un projet industriel dans lequel SOLVAY fournira les polymères à haut rendement PV et s’intéressera à la production à grande échelle des additifs stabilisants et à leur toxicité. ARMOR fabriquera des prototypes OPV de grande taille, flexibles incorporant les technologies de réticulation. Ces modules HELIOS seront testés et une étude de leur vieillissement sera menée sur plusieurs sites géographiques en conditions réelles d’exposition solaire en extérieur. SOLVAY et ARMOR participeront également à la formulation des encres. HELIOS permettra la production industrielle de modules OPV à hauts rendements (cellule > 9 % et module > 7 %) présentant des durées de vie accrues.