Cellules photovoltaïques organiques

La possibilité de les déposés sur un substrat quelconque, notamment souple, et en couches minces, les matériaux organiques ont suscité de longue date, des recherches pour les utiliser dans des applications particulières en substitution aux semi-conducteurs inorganiques. Au cours des dernières années, des travaux importants ont été effectués dans la synthèse de nouvelles molécules pour leur utilisation dans le domaine des cellules photovoltaïques. Des rendements de conversion  de 7,9% est réalisé par la firme SOLARMER en utilisant des matériaux dérive du fullerène nomme PCBM et un copolymère alterne. Donc après avoir détaillé le fonctionnement des cellules photovoltaïques organiques et leurs paramètres photovoltaïques qui permettent de caractériser leur efficacité et la description des différents types, un état d'art des technologies de fabrication des cellules est présenté avec quelques verrous technologiques.

Les cellules organiques peuvent être de trois types:

1. Les cellules photovoltaïques organiques en petite molécules
2. Les cellules photovoltaïques organiques en polymères
3. Les cellules photovoltaïques hybrides

Et selon leur structure on trouve plusieurs types :

1. Les cellules de type Schottky

Ce type de cellule utilise un semi-conducteur de type p (ou n) pris en sandwich entre deux électrodes de métal. La zone active pour la conversion photovoltaïque se situe entre une des électrodes métalliques et le semi-conducteur.

2. Les cellules hétérojonction de type bicouche

Deux semi-conducteurs, un de type p et l'autre de type n, sont en contact formant une jonction p-n. La zone active se trouve à l'interface entre les deux semi-conducteurs.

3. La structure tandem

Il s’agit de l’empilement de deux cellules l’une sur l’autre.

Ces deux cellules sont mises en série grâce a une couche

de recombinaison des porteurs de charges.

4. Les cellules hétérojonction de type réseaux interpénétrés

Dans ce type de cellule, des semi-conducteurs p et n sont mélangés intimement au sein d'une même couche. La surface de contact entre les semi-conducteurs p et n est multipliée par plusieurs ordres de grandeur par rapport aux cellules bicouches, ce qui permet d'augmenter le nombre d'excitons dissociés.

5. Les cellules hybrides sensibilisées par un colorant

Ils sont communément appelées DSSC (Dye-Sensilized Solar Cells) ou cellules Graetzel. Dans ces cellules, une couche de dioxyde de titane TiO_{2} , semi-conducteur de type n, recouverte d'un colorant organique qui absorbe la lumière, est mise en contact avec un électrolyte (solution aqueuse contenant un couple redox).

Effet photovoltaïque dans les cellules organiques

Après avoir vue de manière générale le fonctionnement d'une cellule solaire photovoltaïque, nous allons nous intéresser à l'ensemble des processus impliqués dans la conversion lumineuse en énergie électrique au sein des cellules organiques:

Absorption des photons incidents et génération d'excitons

L'absorption de la lumière dans les couches organiques photo actives aboutit à la création d'un état excité neutre mobile dénommé exciton, qui est en fait une paire électron-trou très liée par rapport à celle produite dans les cellules solaires inorganiques.

Il existe deux types d'excitons: exciton de Frenkel (petit, fortement lié) et exciton de Wannier (faiblement lié, distance électron-trou importante).

Exciton de Frenkel et de Wannier

Cellules organiques

Cambridge University’s Cambridge Enterprise and the Carbon Trust

Carbon Trust

Cambridge Enterprise Limited

Techniques de fabrication à bas coût

Deux groupes de composants coexistent sous la dénomination des cellules solaires organiques: ceux à base de petites molécules et ceux à base de polymères (macromolécules).

la sérigraphie

Le jet d’encre

L’offset

Fléxographie

L’héliogravure

Les encres polymères

Composant	Nom commercial	Fabricant	Conductivité
Polyaniline	Panipol	Panipol, Zipperling	100 S/cm
Polytiophene (PEDOT/PSS)	Baytron P	Bayer AG, AGFA	1-10 S/cm
Polypyrrole	Conquest	DSM	1 S/cm