Encres aqueuses colloïdales de semi-conducteurs organiques pour le photovoltaïque – WATER-PV

Nous travaillons sur l'élucidation des relations entre la morphologie et les propriétés optoélectroniques, d'abord à l'échelle des nanoparticules, puis sur des assemblages de NP (films minces). La compréhension du transport de charge dans ces structures guidera le développement de couches actives ayant les caractéristiques requises (mobilités élevées des trous et des électrons, transport de charge équilibré, taux de dissociation élevé des excitons). Enfin, des dispositifs OPV seront fabriqués et leurs propriétés photovoltaïques seront corrélées aux propriétés opto-électroniques de la couche active.
En résumé, le projet WATER-PV vise à établir une compréhension claire entre les caractéristiques des NP et des assemblages de NP (taille, morphologie, composition) et les propriétés opto-électroniques des dispositifs OPV. Ces connaissances nous permettront de développer des dispositifs OPV très efficaces à partir de dispersions aqueuses.

En cours

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« Organic semiconductor colloids: From the knowledge acquired in photovoltaics to the generation of solar hydrogen fuel »
N. Holmes, S. Chambon, A. Holmes, X. Xu, K. Hirakawa, E. Deniau, C. Lartigau-Dagron, A. Bousquet
Current Opinion in Colloid & Interface Science, Vol. 56, p. 101511 (2021)
hal.archives-ouvertes.fr/hal-03418784v1

« Environmentally Friendly Organic Photovoltaics »
H. Laval, G. Wantz, S. Chambon
Poster, Les Houches School of Physics, Les Houches (France), 3-8 April 2022

« Fabrication de nanoparticules organiques semiconductrices par micro/milli fluidique »
G. Bonfante, A. Genot, S.H. Kim, S. Chambon
Poster, Journées Francophones de la Recherche, Online, 10/12/2021

« Fabrication of semiconducting nanoparticles assisted by 3D printed millifuidic »
G. Bonfante, A. Genot, S.H. Kim, S. Chambon
Oral, NextPV mini-symposium 2022, Online, 10/05/2022

La fabrication de composants photovoltaïques organiques (OPV) nécessite l’utilisation de solvants halogénés et/ou aromatiques pour déposer la couche active. Afin de rendre cette technologique plus propre, il est nécessaire de les remplacer par l’eau. La principale technique pour développer des encres aqueuses est de formuler des colloïdes de semiconducteurs organiques dispersés dans l’eau. Bien que cette stratégie ait déjà été mise en œuvre avec succès, les composants fabriqués à partir d’encres colloïdales aqueuse présentent des performances plus faibles que les références fabriquées à base de solvants organiques chlorés et/ou aromatiques. La raison de ces plus faibles performances peut être multiple : présence de surfactant, morphologie inappropriée des nanoparticules et/ou de la couche active.
WATER-PV a pour but de dépasser ces limites et de fabriquer des composants OPV à l’état de l’art à partir d’encres aqueuses. Pour cela, nous mettrons en place une approche ascendante, en commençant par le développement de nanoparticules de semi-conducteurs organiques de taille et de morphologie précisément contrôlées. Ensuite, les propriétés électroniques seront étudiées tout d’abord à l’échelle de la nanoparticule, puis au niveau de l’assemblage de nanoparticules (film mince) afin d’établir les relations entre la morphologie et les propriétés optoélectroniques de ces systèmes. Ces connaissances sur le transport de charges dans ces structures nous permettront de développer des couches actives à partir d’assemblage de nanoparticules ayant les propriétés électroniques requises pour les composants OPV (fortes mobilités de trous et d’électrons, transport de charge équilibré, fort taux de dissociation d’exciton). Enfin des composants photovoltaïques organiques seront fabriqués à partir des dispersions colloïdales et leur propriétés photovoltaïques corrélées aux propriétés électroniques des couches actives.
En résumé, le projet WATER-PV a comme but d’établir une compréhension claire entre les caractéristiques des NP et des assemblages de NP (taille, morphologie, composition) et les propriétés électroniques des composant OPV. Ces connaissances nous guideront pour développer des cellules photovoltaïques organiques efficaces à partir de dispersions colloïdales en base aqueuse.