Les cellules solaires organiques font actuellement l’objet d’une accélération considérable. Obtenues très simplement, à faible coût et avec un faible impact environnemental, compatibles avec des substrats flexibles, elles permettent d’envisager de nombreuses applications : emballages, vêtements, écrans flexibles, recharge de téléphones cellulaires ou d’ordinateurs portables. Des équipes du Laboratoire d’Ingénierie moléculaire d’Angers (CNRS/Université d’Angers) et du Laboratoire des matériaux, surfaces et procédés pour la catalyse (CNRS/Université Strasbourg 1) viennent d’obtenir un rendement record avec des cellules solaires à base de molécules organiques. Leurs travaux sont publiés en ligne sur le site de la revue Journal of Materials Chemistry.
Actuellement, les cellules solaires commercialisées sont composées de matériaux inorganiques, comme le silicium. De nombreuses recherches visent à mettre au point des cellules solaires composées de semi-conducteurs organiques à base de molécules carbonées. Leurs performances sont encore très inférieures à celles des cellules à base de silicium cristallin. Le rendement est d’environ 5% contre 15% pour les cellules en silicium, mais les cellules organiques offrent de multiples avantages.
Leur fabrication implique un faible coût financier et énergétique et son impact environnemental est plus faible.Elles peuvent être mises en forme à l’aide de procédés en solution par exemple à partir d’encres ou de peinture ce qui permet couvrir de grandes surfaces et des substrats flexibles (films, textiles).
Les cellules organiques pourraient donc être utilisées pour des applications particulières : emballages, vêtements, écrans flexibles, recharge de téléphones cellulaires ou d’ordinateurs portables. Elles pourraient contribuer à la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire, à condition d’investir massivement dans la recherche de matériaux nouveaux plus performants et plus stables.
Depuis une dizaine d’années, l’essentiel des recherches se concentre sur la mise au point de cellules organiques au sein desquelles les matériaux actifs absorbant la lumière sont de grandes chaînes de polymères conjugués. Si ces cellules sont les plus performantes connues à ce jour, l’utilisation de polymères pose un certain nombre de problèmes : synthèse, purification, contrôle de la structure et des masses moléculaires, distribution des différentes longueurs de chaînes (polydispersité).
Les chercheurs de l’équipe de Jean Roncali au laboratoire d’Ingénierie moléculaire d’Angers (CNRS/Université d’Angers) remplacent des polymères par des molécules conjuguées de structure parfaitement définie. Alors que les rendements des premiers prototypes publiés en 2005 étaient de l’ordre de 0.20 %, une collaboration entre l’équipe d’Angers et celle de Raymond Ziessel du Laboratoire des matériaux, surfaces et procédés pour la catalyse (CNRS/Université Strasbourg 1 ), soutenue par le programme Energie du CNRS, a permis d’atteindre des rendements de 1.70 %.
De nouvelles classes de matériaux actifs spécifiquement adaptés à ces cellules en cours de synthèse dans ces laboratoires et les chercheurs espèrent ainsi améliorer très rapidement leurs résultats.
jean.roncali@univ-angers.fr
