De nouveaux matériaux semi-conducteurs pour des cellules photovoltaïques efficaces
Un bon rendement et un coût faible sont essentiels pour garantir une adoption plus large de la technologie de cellules solaires. À partir de 2013, la conjonction de l'inefficacité et des problèmes de stabilité des cellules photovoltaïques organiques avec les espoirs de réduction de leurs coûts et d'amélioration de leur rendement en a fait un domaine populaire de la recherche sur les cellules solaires. Les semi-conducteurs organiques à grande largeur de bande interdite présentent un potentiel élevé pour satisfaire les attentes en rendements élevés. En particulier, les polymères organiques avec une plus grande largeur de bande que le silicium inorganique couramment utilisé sont des absorbeurs complémentaires très intéressants dans les cellules solaires en tandem. Dans le cadre du projet ECOCHEM (Development of low band gap conjugated polymers by ecofriendly synthetic methodologies for high performance organic photovoltaics), des chercheurs ont réussi à synthétiser des polymères conjugués à grande largeur de bande interdite très stables qui sont très prometteurs pour une fabrication à l'échelle industrielle de dispositifs souples de grande surface. Les efforts se sont concentrés sur le développement de copolymères alternés consistant en des unités répétées de monomères électrodonneurs et électroaccepteurs. Ainsi, les chercheurs ont développé des polymères semi-conducteurs contenant des indacénodithiophènes ou indacénodithiénothiophènes agissant comme monomères riches en électrons et des quinoxalines, thiénopyrrolodiones ou difluorobenzothiadiazoles agissant comme monomères avec un déficit d'électrons. Jusqu'à maintenant, le poly (3-hexylthiophène) a été le polymère à grande largeur de bande interdite le plus couramment utilisé pour les cellules solaires organiques en tandem. Cependant, la production en masse de dispositifs basés sur ce polymère est souvent entravée par des processus de fabrication qui prennent du temps. Tous les copolymères développés par les chercheurs du projet ECOCHEM présentaient de grandes largeurs de bande interdite, similaires à celles du poly (3-hexylthiopène). Cependant, il a été observé que le type d'unité déficient en électrons avait un grand impact sur les propriétés optiques des copolymères d'indacénodithiophène et d'indacénodithiénothiophène. Le rendement de conversion énergétique de l'architecture de cellule solaire inversée basée sur des polymères semi-conducteurs contenant de l'indacénodithiénothiophène et de la quinoxaline s'est avéré équivalent à celui du poly (3-hexylthiophène). Ces types de copolymères à la large bande interdite se sont également avérés être des candidats idéaux pour une utilisation dans la cellule supérieure des structures en tandem. Étant donné leur capacité à être facilement traités dans l'air et à être compatibles avec les méthodes à rouleaux continus, ce type de copolymères à large bande interdite ouvre la voie à des innovations intéressantes dans le domaine des cellules solaires souples de grande surface. Cependant, les applications ne concernent pas seulement les cellules solaires, mais aussi l'électronique de puissance d'efficacité énergétique, les biocapteurs et l'éclairage électroluminescent.
Mots‑clés
Semi-conducteur, photovoltaïque organique, cellule solaire, grande largeur de bande interdite, rouleaux continus, polymères conjugués
