La conversion de l'énergie solaire en énergie électrique par des cellules solaires organiques (OSC) est une technologie émergente, qui a considérablement progressé en raison de ses propriétés optoélectroniques réglables. Ces technologies peuvent être transformées en solution et peuvent être fabriquées à l'aide de techniques de revêtement rentables disponibles dans le commerce, ce qui représente un avantage substantiel pour réduire les coûts de fabrication pour la fabrication, la mise en place et la recyclisation. Des applications de cette technologie sont à l'étude pour des modules de grande surface, notamment des bâtiments, des façades, des applications agricoles et spatiales. Cette technologie photovoltaïque émergente minimise le coût actualisé de l'électricité et le temps de récupération de l'énergie par rapport à la technologie photovoltaïque au silicium. Jusqu'à présent, l'efficacité des OSC à jonction unique pour les cellules solaires organiques à jonction unique (OSC) a atteint plus de ~20,2 % (par rapport à la valeur théorique de ~33 %). L'exploration de nouveaux absorbeurs et matériaux de transport de charge, de nouvelles conceptions de dispositifs, de techniques de fabrication sont particulièrement pertinentes pour améliorer l'efficacité et la stabilité, ainsi que la viabilité commerciale. Dans cette quête, la compréhension des relations structure-stabilité-propriété est tout aussi importante. 

Une recherche collaborative entre les groupes RMN (UCCS, Univ Lille) et RPE (LASIRE, Univ Lille) et le Centre des polymères et solides organiques (CPOS, UC Santa Barbara) a étudié l'impact de différentes électrodes Al et Ag sur la morphologie interfaciale et la stabilité des couches photoactives dans les cellules solaires organiques. Les OSC avec une électrode supérieure en aluminium (Al) présentent une stabilité inférieure par rapport aux dispositifs à électrodes en argent (Ag) lors du recuit thermique, où le stress thermique induit la diffusion des atomes d'Al et d'Ag vers la couche photoabsorbeur. Les atomes d'Al diffusés provoquent une recombinaison de surface à l'interface entre la couche photoactive et une couche intermédiaire. Plus précisément, la spectroscopie de photoélectrons à rayons X suggère les différents environnements chimiques locaux des fractions PM6 et Y6 dans les dispositifs à contact PM6 : Y6/Al. Ces résultats sont corroborés par des mesures par l’RMN solides (28,2 T, 1H = 1200 MHz) et l’RPE, indiquant la formation d'espèces ioniques et de type organométallique dans les sous-couches photoactives, qui sont estimées à moins de 5 % en masse. En comparaison, les atomes d'Ag n'affectent pas négativement la morphologie des couches photoactives et la physique du dispositif associé. L'étude des interfaces électrode-couche photoactive réactive par des techniques de caractérisation multi-échelles et la physique des dispositifs devrait fournir des orientations pour les futures stratégies d'ingénierie interfaciale visant à développer des cellules solaires organiques stables et efficaces.

Lien vers la publication : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202308618

Lien vers la couverture : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.20247029