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Projet SOLCOP : le photovoltaïque organique

Rescoll'Blog / 17 février 2009
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Face à l'épuisement des ressources en énergie fossile et aux problèmes posés par l'effet de serre, il est nécessaire de poursuivre un effort de recherche conséquent dans le domaine du photovoltaïque en se tournant par exemple vers de nouveaux matériaux. Étant donnés les récents progrès de l'électronique organique, le photovoltaïque organique peut devenir un axe de développement fort ayant comme objectif la production de kWh à moindres coûts. Néanmoins, une durée de vie encore trop faible et des rendements insuffisants constituent des verrous importants restant à lever pour rendre cet axe industriellement viable.

Le projet SOLCOP, financé par l'ANR, réunit plusieurs industriels et laboratoires académiques (CEA, RESCOLL, LCPO, PIOM) et propose une solution amont pour augmenter les rendements de conversion photovoltaïque des dispositifs polymères en jouant sur l'ingénierie moléculaire et sur l'organisation à l'échelle nanométrique de la couche active.

Les matériaux proposés sont des copolymères à blocs rigide-flexible susceptibles de s'auto-assembler en nanostructures idéales pour le photovoltaïque organique.
Dans les cellules photovoltaïques polymères les plus performantes à l'heure actuelle la couche active est constituée d'un mélange donneur/accepteur. Les problèmes relatifs à une accumulation de charges aux électrodes peu efficace, à la dissociation des excitons, et à la séparation de phase dans ces systèmes contribuent à un faible rendement de conversion des dispositifs polymères. L'objectif est d'utiliser une couche active nano-organisée permettant de pallier ces difficultés.
La première phase de ce projet concernera la synthèse des macromolécules cibles dans lesquelles seront liés de façon covalente (par l'intermédiaire d'un segment flexible moléculaire ou macromoléculaire) le bloc conjugué donneur et le groupe accepteur. L'auto-assemblage de ces nano-objets sera étudié au cours de la deuxième phase du projet. De tels copolymères à structure "rigide-flexible" sont en effet enclins à former des morphologies à l'échelle nanoscopique qui ne seraient pas atteignables avec d'autres types de copolymères en raison des interactions rigide-rigide. Les outils de diffusion des rayons X et de la lumière nous renseigneront sur les nano-structures formées en masse ou en solution dans des solvants plus ou moins sélectifs vis-à-vis d'une ou plusieurs parties des copolymères. Enfin, la dernière phase du projet consistera en la mise en forme des copolymères de type "rigide-flexible" dans des dispositifs photovoltaïques. L'influence de la morphologie sur les performances des dispositifs sera mise en évidence. En outre, nous évaluerons la fiabilité et le vieillissement des dispositifs.

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