« Cellule photovoltaïque en polymères » : différence entre les versions
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Les '''cellules photovoltaïques en polymères''' ou '''cellules polymères photovoltaïques''' désignent
[[Image:C60a.png|thumb|right|[[Fullerène]] {{fchim|C|60}}.]]
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[[Image:Polystyrolsulfonat.svg|thumb|upright|[[Poly(styrène sulfonate) de sodium|Poly(styrène sulfonate)]].]]
Encore largement au stade expérimental, les cellules photovoltaïques en polymères offrent néanmoins d'intéressantes perspectives. Elles reposent sur des [[macromolécule]]s organiques dérivées de la [[pétrochimie]], dont les procédés de fabrication sont bien moins consommateurs d'énergie que ceux mis en œuvre pour les cellules à base de [[semiconducteur]]s minéraux. Leur coût de revient est bien plus faible et elles sont plus légères et moins fragiles. Leur nature flexible les rend même aptes à s'intégrer à des matériaux souples en polymères organiques ou en [[silicone]]s, voire à des fibres textiles. Leur développement peut tirer parti des progrès du [[génie chimique]], par exemple dans l'[[auto-assemblage]] de ces molécules<ref>
{{article|langue=en
| auteur=Robert D. Kennedy, Alexander L. Ayzner, Darcy D. Wanger, Christopher T Day, Merissa Halim, Saeed I. Khan, Sarah H. Tolbert, Benjamin J. Schwartz, Yves Rubin
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| consulté le=12/06/2009
| doi=10.1021/ja807627u}}
</ref>.
== Principe de fonctionnement ==
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La physique sous-jacente à l'[[effet photovoltaïque]] dans les [[Semi-conducteur organique|semiconducteurs organiques]] est plus complexe à décrire que celle des cellules à semiconducteurs minéraux. Elle fait intervenir les différentes [[Théorie de l'orbitale moléculaire|orbitales moléculaires]], certaines jouant le rôle de [[bande de valence]], d'autres de [[bande de conduction]], entre deux espèces moléculaires distinctes, l'une servant de donneur d'électrons et l'autre d'accepteur, organisées autour d'une [[hétérojonction]] comme dans le cas des semiconducteurs minéraux :
# Les molécules servant de donneurs d'électrons (par génération d'[[exciton]]s, c'est-à-dire de paires [[électron]]-[[Trou d'électron|trou]]) sont caractérisées par la présence d'[[Électron pi|électrons π]], généralement dans un polymère [[Système conjugué|conjugué]] dit «
# Ces électrons peuvent être excités par des photons visibles ou proches du spectre visible, les faisant passer de l'[[HOMO|orbitale moléculaire haute occupée]] (jouant ici un rôle analogue à celui de la [[bande de valence]] dans un [[semi-conducteur]] inorganique) à l'[[LUMO|orbitale moléculaire basse vacante]] (jouant un rôle analogue à celui de la [[bande de conduction]]) : c'est ce qu'on appelle la transition π-π* (qui correspond, en poursuivant l'analogie avec les semi-conducteurs minéraux, à l'injection des porteurs dans la bande de conduction à travers la [[bande interdite]]). L'énergie requise pour cette transition détermine la longueur d'onde maximale qui peut être convertie en énergie électrique par le polymère conjugué.
# Contrairement à ce qui se passe dans un semi-conducteur inorganique, les paires [[électron]]-[[Trou d'électron|trou]], dans un matériau organique, demeurent étroitement localisées, avec un couplage fort (et une énergie de liaison comprise entre 0,1 et {{unité|1.6|eV}}) ; la dissociation des [[exciton]]s est réalisée à l'interface avec un matériau accepteur d'électrons sous l'effet d'un [[gradient]] de potentiel chimique à l'origine de la [[force électromotrice]] du dispositif. Ces accepteurs d'électrons sont dits «
== Matériaux ==
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Un exemple de réalisation consiste à insérer des molécules de [[fullerène]] {{fchim|C|60}} comme accepteurs d'électrons (type ''n'') entre des chaînes de polymères conjugués (telles que le [[PEDOT:PSS]], formé de [[poly(3,4-éthylènedioxythiophène)]] (PEDOT) comme donneur d'électrons (type ''p'') mélangé au [[PSS (polymère)|poly(styrène sulfonate)]] (PSS) assurant sa solubilité).
D'une manière générale, les recherches actuelles se portent par exemple sur des dérivés de [[polythiophène]]s comme [[polymère]]s de type ''p'', notamment le [[P3HT|poly(3-hexylthiophène) (P3HT)]]<ref>{{article|langue=en
| auteur=P.-J. Alet, S. Palacin1, P. Roca, I. Cabarrocas, B. Kalache, M. Firon, R. de Bettignies
| titre=Hybrid solar cells based on thin-film silicon and P3HT — A first step towards nano-structured devices
| journal=Eur. Phys. J. Appl. Phys.
| année=2006 | volume=36
| url=http://www.epjap.org/index.php?option=article&access=doi&doi=10.1051/epjap:2006145
| consulté le=12/06/2009
| doi=10.1051/epjap:2006145}}</ref>{{,}}<ref>
{{article|langue=en
| auteur=M. Valadaresa, I. Silvestrea, H.D.R. Caladob, B.R.A. Nevesa, P.S.S. Guimarãesa, L.A. Curya
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| consulté le=12/06/2009
| doi=10.1103/PhysRevB.72.045213}}
</ref>{{,}}<ref>{{article|langue=en
| auteur=Magdalena Mandoc, Welmoed Veurman, Jan Anton Koster, Marc M. Koetse, Jorgen Sweelssen, Bert de Boer, Paul W. M. Blom
| titre=Charge transport in MDMO-PPV:PCNEPV all-polymer solar cells
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| url=http://link.aip.org/link/?JAPIAU/101/104512/1
| consulté le=12/06/2009
| doi=DOI:10.1063/1.2734101 }}</ref>. Plus récemment, des copolymères à faible largeur de bande interdite font leur apparition dans les cellules solaires organiques de haute performance, comme le [[PCDTBT]] / [[PCBM (molécule)|PCBM]]<ref>{{article
▲</ref>. Plus récemment, des copolymères à faible largeur de bande interdite font leur apparition dans les cellules solaires organiques de haute performance, comme le [[PCDTBT]] / [[PCBM (molécule)|PCBM]]<ref>{{article scientifique |langue= |prénom1=Nicolas |nom1=Blouin |lien auteur1= |titre=A Low-Bandgap Poly(2,7-Carbazole) Derivative for Use in High-Performance Solar Cells|périodique=Advanced Materials|lien périodique= |volume=19 |numéro=17 |jour= |mois= |année=2007|pages=2295-2300 |issn= |url texte= |consulté le= }}</ref>.
== Enduction ==
Les cellules photovoltaïques polymères peuvent être déposées sur des surfaces flexibles comme des [[encre]]s à l’aide de procédés peu onéreux et pourraient donc permettre de réaliser des cellules photovoltaïques bon marché. Elles n’offrent néanmoins pour l’instant que des rendements faibles<ref>{{Lien web |langue= |titre=Cellules photovoltaïques hybrides SiNWs/polymère |url=https://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=1965 |site=NIMBE - CEA |consulté le=2023-03-14}}</ref>, ne dépassant pas 5
== Notes et références ==
{{Références|taille=30}}
== Articles connexes ==
* [[Semi-conducteur organique]]
* '''Type ''p''''' (accepteurs d'électrons) :
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** [[MEH-PPV]] – poly[2-méthoxy-5-(2-éthyl-hexyloxy)-1,4-phénylène-vinylène]
** [[Poly(3,4-éthylènedioxythiophène)|PEDOT]] – poly(3,4-éthylènedioxythiophène)
** [[PEDOT:PSS]] – poly(3,4-éthylènedioxythiophène)
* '''Type ''n''''' (donneurs d'électrons) :
** [[Fullerène]]
Ligne 121 ⟶ 120 :
* [[Polyfluorène]]
* [[Poly(styrène sulfonate) de sodium|PSS]] – poly(styrène sulfonate)
{{Palette|Énergie solaire photovoltaïque}}
{{Portail|chimie|énergie|électricité et électronique}}
[[Catégorie:
[[Catégorie:Semi-conducteur organique]]
[[de:Organische Solarzelle]]
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