Une équipe de recherche internationale de l’Université d’Oxford au Royaume-Uni et de l’Université de technologie de Dresde en Allemagne a étudié les applications actuelles et futures des technologies solaires organiques. Elle conclut que ces dispositifs pourraient quitter le cadre de l’intégré au bâti et de l’électronique portable pour être utilisés sur des projets à plus grande échelle, à condition d’atteindre une efficacité plus élevée et des coûts plus faibles.
Dans l’article « Organic Solar Cells — The Path to Commercial Success », publié dans Advanced Energy Materials, le groupe note qu’en termes de courant de court-circuit et de facteur de remplissage, les cellules organiques sont déjà capables de rivaliser avec leurs homologues en silicium cristallin ou film-mince. Mais ce qui limite encore leur développement industriel reste la faible tension en circuit ouvert.
Problèmes d’efficacité et de stabilité
Selon les scientifiques, la meilleure façon de résoudre les problèmes de pertes de tension en circuit ouvert est de réduire les pertes non radiatives. Ces pertes de tension sont principalement dues à la recombinaison des porteurs de charge photo-générés, y compris la recombinaison radiative, et en partie à la nécessité de transfert d’électrons pour dissocier les excitons.
Les recherches futures, poursuivent les universitaires, devront également accroître la stabilité à long terme de ces cellules. Selon eux, les principales causes de dégradation sont la diffusion d’oxygène moléculaire et d’eau dans les appareils, les pannes mécaniques et une conception et une encapsulation défectueuses du module.
Cellules polymères vs. cellules à petites molécules
Deux technologies de dépôt concurrentes ont été examinées dans l’étude, l’une utilisant des polymères, qui sont de longues chaînes moléculaires, et l’autre utilisant de petites molécules solubles, également appelées oligomères, déposées par enduction fente ou par sérigraphie. « Pour prédire le développement de l’OSC (organic solar cell), il est très intéressant de se pencher sur la commercialisation des diodes électroluminescentes : dans ce domaine, des dispositifs à petites molécules et des dispositifs polymères ont été découverts presque simultanément », écrit le texte.
L’efficacité des cellules à base de polymères demeure toujours plus élevée que celles basées sur les petites molécules traitées sous vide car elles ont une meilleure absorption de la lumière. « Cependant, les progrès récents dans les cellules à petites molécules à base de N-fluorobenzènesulfonmide (NFA) traitées en solution avec une efficacité supérieure à 14 % indiquent qu’il existe également un potentiel de NFA pour les OSC traitées sous vide », déclarent les scientifiques.
Applications photovoltaïques “de puissance”
À l’avenir, le photovoltaïque organique pourrait donc être appliqué dans le segment du PV à grande échelle, que les scientifiques appellent les applications PV « de puissance ». A condition d’améliorer encore leur rendement. « Ce qui compte dans ces applications photovoltaïques « électriques », c’est le coût de production de l‘énergie en centimes par kilowattheure, précisent-ils. Cela supprime donc un argument souvent utilisé dans le cas du solaire organique, selon lequel « s’il est bon marché, l’efficacité n’a pas d’importance ». » Selon eux, dans ce segment, les coûts fonciers et l’équilibre des coûts du système, en particulier, rendent impossible l’entrée sur le marché des technologies PV organiques dans les conditions actuelles du marché. « Par conséquent, le solaire organique ne pourra concurrencer le silicium cristallin que s’il atteint des rendements de module d’environ 20 %, des durées de vie de plus de 20 ans et un coût bien inférieur au silicium », expliquent-ils. Ils précisent que la durée de vie des appareils est à l’heure actuelle le plus réalisable des trois objectifs.
L’équipe anglo-allemande souligne par ailleurs qu’il est difficile de définir une future trajectoire de prix pour la technologie PV organique, en raison du manque actuel de gros volumes de production dans l’industrie. « Ce n’est pas surprenant puisque l’OSC est une technologie nouvelle et que tous les outils et matériaux sont produits en série pour la première fois, ce qui n’est pas le cas du PV silicium utilisé à grande échelle depuis plusieurs décennies », affirment-ils.
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