Des cellules solaires organiques protégées dans du plastique moulé par injection

D’après pv magazine International

Des chercheurs européens affirment avoir démontré avec succès l’intégration de modules photovoltaïques organiques (OPV) dans des pièces plastiques structurelles via un moulage par injection industriel à grande échelle (IM). Cette technique permet la fabrication de pièces par injection d’un matériau en fusion dans un moule et, selon le groupe de recherche, elle peut permettre le développement de cellules solaires en plastique avec des performances et une stabilité accrues.

Leurs conclusions ont été présentées dans l’article “Injection Molding Plastic Solar Cells“, publié dans Advanced Science. Les chercheurs proviennent du centre technologique Eurecat de Catalogne, de l’université de Pardubice et du centre de chimie organique de la République tchèque, ainsi que du producteur français de nanométaux GenesInk et du fournisseur espagnol de moulage par injection Aitiip.

« En raison de leur très faible épaisseur, les cellules solaires flexibles peuvent être sensibles à l’abrasion mécanique et, par conséquent, nécessiter une protection supplémentaire, explique l’équipe. L’intégration d’un module solaire imprimé dans une pièce en plastique offre une protection mécanique supplémentaire, une adaptabilité de la forme et des contacts simplifiés pour les connexions ».

Les chercheurs ont d’abord créé des modules par impression rouleau à rouleau, en utilisant un mélange photoactif connu sous le nom de P3HT:O-IDTBR. Ce mélange a été choisi en raison de sa stabilité morphologique et thermique, qui est importante pour le processus ultérieur de moulage par injection. « Le développement de produits OPV exige des matériaux photovoltaïques présentant une grande stabilité morphologique sous contrainte thermique, comme le mélange P3HT:O-IDTBR, soulignent les universitaires. À cet égard, il est urgent de trouver des matériaux plus performants dotés d’une telle stabilité ».

Les scientifiques ont donc inséré les modules horizontalement dans un moule d’injection en polyuréthane thermoplastique à base de polyéther copolymère. Ce matériau a été choisi en raison de sa faible température de traitement, de sa large compatibilité avec les substrats et de sa flexibilité. L’injection a été réalisée à l’aide d’un insert de 120 mm × 120 mm × 2 mm, à une vitesse de 90 mm -1s.

« Sur une sélection de 64 modules imprimés en rouleau, 32 ont été injectés et les 32 autres ont été conservés comme références, expliquent les chercheurs. En moyenne, les modules IM-OPV ont conservé 98,1 de leur performance initiale. Seuls 2 échantillons ont échoué, et 28 échantillons ont conservé plus de 90 % des performances d’origine, ce qui fixe le rendement du processus IM à près de 90 % ».

En ce qui concerne la stabilité mécanique et opérationnelle, les scientifiques ont constaté une augmentation moyenne de plus de 35 % du point de contrainte maximale dans les échantillons IM-OPV. La première fracture sur les dispositifs de contrôle s’est produite à 10-30% de déformation, alors que cette valeur a grimpé jusqu’à 70-150% sur les modules IM-OPV. En outre, une rétention de l’efficacité de conversion de l’énergie de plus de 90 % a été constatée après 50 000 cycles dans les modules moulés.

« Ce travail représente la première démonstration de cellules solaires en plastique moulé et ouvre de nouvelles possibilités pour les photovoltaïques organiques afin de permettre des applications spécifiques qui nécessitent simultanément des performances optoélectroniques et structurelles élevées, ont déclaré les chercheurs. Nous pensons que l’accent mis à l’avenir sur les matériaux plastiques d’injection pourrait encore étendre les avantages des cellules photovoltaïques dans le moule en ce qui concerne la stabilité de la structure et du dispositif, ou même fournir des fonctionnalités optiques supplémentaires ».