Un polymère nano-structuré pour augmenter son rendement photovoltaïque

Le  rendement des cellules photovoltaïques fait l’objet de nombreux travaux de recherche à travers le monde. Trois groupes de chercheurs français sont parvenus à mettre au point un procédé qui augmente la performance des cellules à base polymère. Une invention qui permettrait de développer dans le moyen terme la production de cellules « tout organique », moins chères et plus performantes que celles en silicium actuellement utilisées.  

Une invention française à l’étude

Parvenir à augmenter significativement la performance des cellules photovoltaïques est un enjeu actuel d’envergure, en ces temps de transition énergétique. Car pour l’heure, le rapport entre la performance et la rentabilité des cellules en silicium est loin d’être optimal.

C’est en se penchant sur cette double problématique que trois groupes de chercheurs français sont parvenus à mettre au point un procédé qui dope le niveau de performance des cellules à base polymère cette fois. Les chercheurs de l’institut de chimie et des procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé ( ICPEES) aux côtés des chercheurs de l’institut de physique et de chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS) ainsi que ceux du laboratoire des sciences de l’ingénieur, de l’informatique et de l’imagerie (ICube) ont mis en évidence le lien existant entre la structure moléculaire du polymère présent dans la couche active de la cellule et le rendement de l’installation. Car le rendement actuel de certaines cellules photovoltaïques polymères atteignent un rendement d’à peine 10 %, loin des 26 % maximum développées par les cellules silicium, monocristallin ou polycristallin.

La trouvaille des chercheurs permettrait à terme de réorienter le filon photovoltaïque vers du « tout organique ». Avec à la clé une performance en hausse et des coûts de fonctionnement en baisse.

Un polymère constitué de fluor et de carbone

La découverte du procédé en cours de développement a été saluée par la communauté scientifique, et rendu publique dans la revue de référence Journal of Materials Chemistry.

Le mécanisme repose sur l’utilisation d’un polymère constitué d’atomes de fluor et de chaînes de carbone. En réorganisant sa composition à l’échelle moléculaire, les chercheurs sont parvenus à la conclusion que ce nouveau maillage permet d’augmenter nettement le rendement des cellules photovoltaïques. Pour cela, les groupes de chercheurs ont dans un premier temps fait varier la proportion d’atomes de fluor de même que la longueur des chaînes de carbone.

Résultat : un puissant effet de synergie a été détecté entre ces deux mécanismes. Les atomes de fluor augmentent la cohésion entre les chaînes polymères et l’augmentation des chaînes de carbone favorisent quant à elles le transport des charges électriques. Cette double combinaison permet de booster le rendement des cellules photovoltaïques.

Mais de nombreux aspects restent à étudier et mettre à l’essai avant d’envisager de transposer la technique observée en laboratoire en milieu extérieur, en situation réelle. Les propriétés photovoltaïques des cellules organiques demeurent encore méconnues et les mécanismes précis qui expliquent leur niveau de performance ne sont pas encore totalement maîtrisés.

Mais cette découverte est d’ores et déjà prometteuse. L’étude de ce nouveau polymère photovoltaïque continue d’être au centre des préoccupations des trois laboratoires avec comme objectif de parvenir à mettre au point le procédé technique permettant de produire ces cellules à moindre coût.