Améliorer la morphologie de la couche active des cellules solaires pour une meilleure performance Des scientifiques financés par l'UE ont cherché à fabriquer des matériaux photovoltaïques organiques pour améliorer le rendement, la stabilité morphologique et la durée de vie des cellules. Changement climatique et Environnement © Thinkstock Les matériaux photovoltaïques organiques sont souples, et leur production est économique et respectueuse de l'environnement, ils sont donc préférables aux équivalents minéraux. Cependant, leur rendement est limité par une mauvaise morphologie et une durée de vie limitée, deux obstacles majeurs à leur commercialisation. Les scientifiques du projet CHESS («Block copolymers for high efficient solar cells with novel structures»), financé par l'UE, ont intégré des copolymères bloc au mélange qui forme la couche active des matériaux photovoltaïques organiques. Ils ont appliqué des procédés de transformation pour fabriquer en masse les matériaux photovoltaïques organiques d'hétérojonction, plus stables, en vue d'un usage industriel. Avec un rendement et une durée de vie améliorés, les matériaux photovoltaïques organiques seraient plus compétitifs par rapport aux cellules photovoltaïques minérales. Les copolymères bloc peuvent former des nanostructures bien contrôlées, agissant comme agents de compatibilité pour leurs mélanges respectifs d'homopolymères. Les scientifiques ont tiré parti de ces propriétés pour former des nano-morphologies stables avec une taille de domaine optimale pour les matériaux photovoltaïques organiques. Ils ont conduit une étude intégrée, partant de la conception et de la synthèse des copolymères jusqu'à leur intégration dans des dispositifs photovoltaïques et l'évaluation de leurs performances. Plus particulièrement, les copolymères à bloc de bobine-tige qui composent un bloc semi-conducteur donneur d'électrons et un bloc bobine soigneusement choisi (un polymère de température de transition vitreuse basse) ont été synthétisés et mélangés à des matériaux organiques donneur/récepteur bien connus. L'équipe a caractérisé les mélanges via une technique d'analyse thermique, complétée par des expériences de diffusions de rayons X à angles petits et larges, afin d'obtenir les diagrammes de phase complets. Les membres du projet ont étudié en détail la morphologie du mélange ternaire dans les couches actives des nouvelles cellules solaires. Ils ont conclu que la présence du copolymère induit la formation d'un réseau optimisé d'hétérojonction en masse, qui stimule l'absorption des photons, la dissociation efficace des excitons et le transport des charges. Ensuite, une efficacité de conversion d'énergie maximale de 4,5 % a été obtenue. Parallèlement, la stabilité du dispositif sur le temps a pu être prolongée. L'intégration à grande échelle des dispositifs devrait faciliter la commercialisation des produits réalisés par les membres du projet, au bénéfice de l'UE et de sa compétitivité. Mots‑clés Photovoltaïque organique, cellule solaire, durée de vie, copolymère bloc, couche active, stabilité, agent de compatibilité, mélange d'homopolymères, nano-morphologie, diffusion de rayons X
