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Matériaux polymères pour la conversion photovoltaïque organique : polymères de type p à base de thiophène et polymères type n à base de fullerène

Roger Hiorns & Christine Dagron, IPREM/EPCP UMR 5254

par Salmon Jean-Baptiste - publié le , mis à jour le

Après
une
brève
introduction
sur
la
problématique
du
photovoltaïque
organique,
les
avancées
en
termes
de
matériaux
pour
la
couche
active,
lieu
de
la
conversion
photovoltaïque
seront
présentés.
Dans
cette
couche,
deux
matériaux
aux
propriétés
électroniques
différentes
doivent
être
présents,
le
matériau
p
permet
d ??absorber
les
photons
du
soleil,
tandis
que
le
matériau
n
provoque
la
séparation
des
charges
photogénérées.
Le
choix
de
la
nature
de
ces
matériaux
est
primordial
pour
améliorer
les
performances
des
cellules
et
en
particulier
le
rendement
de
conversion
photovoltaïque.
Par
ailleurs,
la
séparation
de
phases
entre
les
deux
composantes
joue
également
un
rôle
important
dans
la
percolation
des
charges
aux
électrodes.

Polymères
de
type
p
(C.
Dagron)
 :

Les
polymères
de
type
p
à
base
de
thiophène
ont
été
largement
étudiés
ces
dernières
années,
permettant
de
comprendre
les
paramètres
qui
peuvent
affecter
positivement
ou
négativement
les
performances
d ??une
cellule.
Le
dérivé
le
plus
performant
est
le
poly(3-­ ?
hexylthiophène)
(P3HT),
avec
des
rendements
d ??environ
5%
pour
une
cellule
simple.
Même
s ??il
présente
des
limites
en
terme
d ??absorption,
il
reste
un
matériau
aux
caractéristiques
attractives,
grande
stabilité
chimique,
polymérisation
aisée
par
des
techniques
quasi-­ ?vivantes,
etc.
Différents
dérivés
du
thiophène
ont
pu
être
réalisés
afin
de
moduler
les
propriétés
d ??absorption
en
changeant
la
nature
de
la
chaîne
latérale.
De
plus,
la
préparation
de
copolymères
à
blocs,
à
base
de
monomères
thiophènes
de
nature
différente
permet
également
de
moduler
la
structuration
de
la
couche
active.
Enfin,
ils
sont
encore
utilisés
en
combinaison
à
d ??autres
types
de
monomères,
pour
préparer
des
polymères
à
faible
bande
interdite,
dits
« 
low
bandgap
 ».

Polymères
de
type
n
(R.
Hiorns)
 :

Le
fullerène
a
été
essentiel
dans
le
développement
des
cellules
photovoltaïques
à
base
de
polymère.
Il
a
beaucoup
été
utilisé
comme
accepteur
d ??électrons
en
mélange
avec
le
P3HT
comme
donneur
d ??électrons.
Tandis
que
de
nombreuses
d ??études
ont
été
réalisées
sur
les
polymères
donneurs
de
type
p,
le
fullerène
C60
a
très
peu
changé
depuis
l ??introduction
de
son
dérivé
soluble
le
phenyl
C61
butyric
acid
methyl
ester
(PCBM),
il
y
a
plus
de
15
ans.
Il
est
probable
que
pour
améliorer
à
la
fois
la
stabilité
et
le
rendement,
et
faciliter
les
marchés
de
masse
des
cellules
solaires
plastiques,
qu ??une
nouvelle
classe
de
matériaux
à
base
de
fullerène
voit
le
jour.
Ils
pourraient
également
permettre
d ??améliorer
la
nanostructuration
de
la
morphologie
de
la
couche
active.
Tandis
qu ??une
des
voies
les
plus
prometteuses
implique
l ??exploitation
des
copolymères
à
blocs,
qui
sont
de
taille
appropriée
aux
processus
électroniques,
elle
soulève
deux
problèmes.
Le
premier
est
comment
incorporer
des
C60
dans
un
polymère
tout
en
bénéficiant
de
l ??auto-­ ?assemblage
des
copolymères
à
blocs.
Le
second
demande
une
grande
attention
et
concerne
le
contrôle
précis
de
la
modification
de
la
sphère
de
fullerène,
étant
donné
qu ??elle
gouverne
à
la
fois
les
propriétés
électroniques
et
d ??agrégation.
Cette
présentation
discutera
de
l ??effet
d ??incorporation
du
fullerène
directement
dans
la
chaine
principale
de
copolymères
et
copolymères
à
blocs,
et
les
raisons
d ??un
éventuel
comportement
d ??auto-­ ?
assemblage
de
ce
matériau
en
fonction
de
la
modification
de
ces
sphères
de
fullerène.