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New materials for highly efficient and reliable organic solar cells

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Des piles solaires organiques efficaces et écologiques

Une équipe de l'UE a développé de nouveaux matériaux et des méthodes de production pour les cellules organiques solaires. Des méthodes alternatives de synthèse écologique de polymères et des formulations d'encre respectueuses de l'environnement ont permis d'obtenir des rendements de conversion énergétique (PCE) allant jusqu'à 10 %.

Énergie

Les cellules solaires organiques ont diverses applications qui ne sont pas possibles avec les cellules conventionnelles en silicium. Plusieurs problèmes de développement doivent encore être résolus avant que des modules solaires organiques puissent être commercialisés, notamment l'utilisation de matériaux et de techniques respectueuses de l'environnement. Le projet MATHERO (New materials for highly efficient and reliable organic solar cells), financé par l'UE, a relevé ces défis. Le projet a développé des matériaux et des méthodes de dépôt qui permettent d'avoir des dispositifs avec un PCE de 10 % à l'échelle du laboratoire. Ces rendements, qui s'ajoutent à une durée de vie de plus de 10 ans, permettraient de réduire les coûts de manière significative. Pour atteindre des objectifs de ce type, l'équipe a développé des polymères donneurs à haut rendement, des encres et des solvants écologiques et surtout synthétisé des matériaux par chimie verte évolutive. Les chercheurs ont synthétisé des copolymères benzodithiophène-quinoxaline, en utilisant initialement la technique conventionnelle de polymérisation à couplage croisé de Stille. Le rendement des cellules solaires organiques polymère:fullerène à l'échelle du laboratoire était supérieur à 8 %. En utilisant la synthèse directe par arylation (une voie chimique respectueuse de l'environnement et évolutive), les polymères présentaient encore un PCE de 6 %. Les chercheurs ont développé des encres vertes à l'aide de solvants non halogénés et non toxiques, permettant d'obtenir des cellules solaires avec des rendements supérieurs à 10 %. Le travail sur l'extension de la durée de vie des cellules solaires a abouti à un procédé d'encapsulation monolithique disruptive. L'équipe a développé de nouveaux matériaux et procédés qui ne nécessitaient pas les adhésifs ou les techniques de vide énergivores généralement utilisées pour les barrières de gaz haute qualité. L'encapsulation monolithique traitée en solution est compatible avec le dépôt de surface sur les modules solaires organiques. Le consortium MATHERO a également démontré la rentabilité des modules photovoltaïques organiques. L'équipe a incorporé ses développements comme les polymères photoactifs produits par synthèse verte évolutive, la production soutenable à l'aide de solvants écologiques, les intercouches peu coûteuses et l'encapsulation monolithique disruptive dans des modules solaires souples. Ces résultats permettent une réduction significative des coûts des matériaux, qui constitue le facteur principal pour la production de modules photovoltaïques organiques à grande échelle. Des analyses des besoins technologiques, du marché et de la viabilité économique de la méthodologie proposée ont également été effectuées. L'équipe a ainsi produit un plan de dissémination qui permet une rapide mise sur le marché. Elle a identifié six résultats exploitables et produit un programme d'utilisation. Les résultats du projet MATHERO permettent de fabriquer à moindre coût des cellules solaires efficaces, à longue durée de vie et respectueuses de l'environnement.

Mots‑clés

Cellules solaires, photovoltaïque organique, rendement de conversion de puissance, MATHERO, chimie évolutive, respect de l'environnement

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