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

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.