De nouvelles voies pour des piles solaires organiques

Actuellement, la performance des films de mélange de PVO, des mélanges binaires d'électron-donneur et des matériaux d'électron-accepteur, ont atteint approximativement 10 %. Plusieurs mécanismes de perte qui empêchent l'extraction de charges photogénérées sont responsables de la mauvaise efficacité de conversion d'énergie. Ces derniers sont généralement attribués à une nanomorphologie défavorable de mélanges de PVO qui au lieu de promouvoir l'extraction à charge libre favorisent la recombinaison à charge libre.

Des scientifiques ont donc lancé le projet DELUMOPV («Delayed luminescence spectroscopy of organic photovoltaic systems»), financé par l'UE, pour mieux comprendre les processus qui limitent actuellement l'efficacité de conversion d'énergie des dispositifs de PVO. Ainsi, leur attention s'est portée sur le développement d'une méthodologie afin de connecter la couche de nanomorphologie pour favoriser l'extraction de charge et renforcer la génération du courant photoélectrique. De plus, DELUMOPV a tenté d'identifier d'autres accepteurs d'électron pour remplacer les dérivés de fullerène utilisés actuellement et qui sont relativement chers.

Les scientifiques ont confirmé que l'intensité de luminescence retardée des états d'excimère retardé (deplex) à l'échelle de microseconde est reliée à l'efficacité de génération de courant photoélectrique des dispositifs de PVO. Plus particulièrement, la dynamique de désintégration de la luminescence retardée des états de transfert de charge a offert des informations utiles concernant le transport de charge des couches photo-actives étudiées. Les résultats des expériences de désactivation de photoluminescence induits par champs électriques ont montré que la recombinaison à charge libre et les charges piégées dans les dispositifs de PVO sont responsables de la luminescence à transfert de charge retardée.

Les scientifiques ont conçu un générateur spectroscopique de pointe afin d'étudier la luminescence retardée pour différentes combinaisons de matériaux, dont des matériaux à accepteurs d'électron ne contenant pas de fullerène et des matrices électro-donneuses de polymère. Par des techniques microscopiques, les scientifiques ont observé un effet de mémoire jusque-là non identifié dans les composites polymériques de PVO. L'utilisation d'une intercouche fine dans les dispositifs de PVO contenant une couche photoactive de polymère a permis d'améliorer sa morphologie pour optimiser l'extraction de charge.

Les activités de DELUMOPV cherchaient à maintenir l'avantage compétitif de l'UE dans les domaines de l'électronique organique et de l'énergie PVO. Les résultats du projet devraient servir de base pour la comparaison de systèmes de PVO à base de fullerène et sans fullerène. Ils devraient fournir d'importants renseignements aux scientifiques, permettre la conception des structures moléculaires de prochaine génération qui associeront les caractéristiques avantageuses des fullerènes et d'autres polymères.