Vous êtes ici : Accueil > Energies Bas Carbones > Solaire Photovoltaïque > ​Solaire organique imprimé :

Une solution technologique prometteuse pour les marchés grand public

​Solaire organique imprimé :

​​

Publié le 25 octobre 2016

Démarrée dans les années 2000 à Saclay, l’activité photovoltaïque organique est aujourd’hui développée au Liten à l’INES. La légèreté, la flexibilité, la finesse des composants obtenus permet en effet d’envisager des applications totalement nouvelles pour cette technologie, par exemple pour les marchés des objets nomades, du mobilier urbain, du textile, du design ou encore de l’internet des objets.


La technologie nécessite toujours des développements pour améliorer ses performances, sa résistance aux conditions extérieures et allonger sa durée de vie. Mais des premiers démonstrateurs existent d’ores et déjà en Europe. Ils prennent par exemple la forme de modules déposés sur de grandes surfaces dédiées à l’événementiel (tentes, structures gonflables, pavillons de l’exposition universelle…), ou sur des objets nomades. Le Liten s’est lui spécialisé dans le développement de modules PV sur-mesure, de différentes surfaces ou formes, polychromes et/ou semi-transparents pour des marchés de niche. Une première mondiale a ainsi créé l’événement en juin 2015, avec la mise au point d’un « panneau solaire plastique polychrome » d’une dimension de 15 x 15 cm2. Il est constitué de cellules solaires organiques de formes et de couleurs différentes, imprimées par technologie jet d'encre sur un substrat souple. Le design correspond à celui d’un camouflage – les applications militaires sont évidemment nombreuses – mais il pourrait tout aussi bien cibler les marchés publicitaires, graphiques, ou de la mode. Ce module polychrome présente un rendement de 2,2% pour 100 cm2 (4 à 4,5% en monochrome). Le panneau a été réalisé par la PME française Disasolar avec le laboratoire du CNRS Xlim et le CEA-Liten dans le cadre d’un projet Rapid DGA (régime d’appui PME pour l’innovation duale, à l’initiative de la Direction générale de l’Armement et de la DGCIS, direction générale de la compétitivité, de l’industrie et des services).


Les travaux du département du CEA-Liten portent aujourd’hui sur plusieurs axes :

  • Les procédés de réalisation des modules solaires organiques et hybrides par impression ou enduction, avec mise au point de matériaux  adaptés compatibles avec les conditions de production (formulations, caractéristiques physico-chimiques et rhéologiques, critères environnementaux etc.).
  • Les matériaux (adhésifs, films barrières) et procédés d’encapsulation des modules afin d’améliorer leur stabilité
  • Etude avancée de leur stabilité sous différentes conditions (indoor/outdoor, variations de températures et d’hygrométrie…) et amélioration de la fiabilité des modules PV.


L’ensemble de ces facteurs conditionne la fiabilité, la performance et la bonne tenue dans le temps des cellules solaires organiques. Le Liten atteint ainsi des rendements de 4,5% pour des supports de 15 x 15 cm2, avec une durée de vie supérieure à 5 000 heures sous illumination continue éprouvée par des tests de vieillissement accélérés. Si ces performances se situent loin de celles atteintes par le photovoltaïque classique à base de silicium– les durées de vie sont garanties jusqu’à 25 ans – les spécificités citées ci-dessus en termes d’intégration (souplesse, finesse, légèreté, …) et les faibles coûts de fabrication et de mise en œuvre en font une technologie attractive pour des usages ciblés et grand public. Un vaste déploiement est ainsi envisagé à l’avenir pour des objets fonctionnalisés au moyen de cellules solaires organiques.


AVANTAGES

Des conditions favorables à une diffusion grand public


  • La flexibilité, la légèreté (inférieure à 1 kg/m2) et la finesse (inférieure à 1 mm) des modules, qui permettent une intégration sur des supports souples à faible rayon de courbure, comme des films, des textiles.
  • La possibilité de jouer sur le polychromatisme et des effets de semi-transparence, à la demande des industriels, pour des applications particulièrement adaptées aux applications de la mode, de la décoration, du design.
  • L’utilisation de polymères organiques venant en substitution aux métaux rares.
  • De faibles immobilisations en capital en amont susceptibles d’intéresser des PME ou des nouveaux acteurs innovants sur le marché.
  • Des procédés bas coûts dès lors que les matériaux (les encres notamment) seront standardisés et produits à plus grande échelle, ouvrant alors une large diffusion de cette technologie.
PROJETS
  • Projet OSCAR (Organic Solar Celles by Armor), pour le développement de modules solaires par enduction roll to roll avec la société Armor, spécialiste de la chimie des encres et des technologies d’impression (Projet Oseo/Bpi).
  • Collaboration avec Vinci Technologies pour le développement d’un perméamètre automatique dédié à la caractérisation de films barrières aux gaz, dans le cadre du consortium EnThiPV(projet KIC Inno Energie).
  • Création en 2012 d’un laboratoire commun Sollia avec Arkema pour la fabrication de matériaux barrières aux gaz destinés à l’encapsulation des cellules solaires organiques et de l’électronique organique. Des travaux de recherche communs sont en outre menés au sein des projets européens X10D et Mathero.
  • Collaboration avec Disasolar pour la fabrication de modules solaires organiques sur mesure, polychromes, obtenus par impression jet d’encre, dans le cadre du projet Rapid DGA Phasme.
REPÈRES
  • Une petite vingtaine de chercheurs-         
  • Un portefeuille de 19 brevets
  • Publications :
- Anatase colloidal solutions suitable for inkjet printing: Enhancing lifetime of hybrid organic solar cells, Karpinski, A., Berson, S., Terrisse, H., Mancini-Le Granvalet, M., Guillerez, S., Brohan, L., Richard-Plouet, M, Solar Energy Materials and Solar cells, Volume 116, 2013, Pages 27-33

- Gas barrier properties of solution processed composite multilayer structures for organic solar cells encapsulation, Morlier, A., Cros, S., Garandet, J.-P., Alberola, N, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 115, 2013, Pages 93-99

- Experimental comparison of high-performance water vapor permeation measurement methods, Giovanni Nisato, Hannes Klumbies, John Fahlteich , Lars Müller-Meskamp , Peter van de Weijer, Piet Bouten, Christine Boeffel, David Leunberger, Wülf Graehlert, Steven Edge, Stéphane Cros, Paul Brewer, Esra Kucukpinar, Julia de Girolamo , Padmanabhan Srinivasan, Organic Electronics: physics, materials, applications 15 (2014), pp. 3746-3755

- Impedance spectrometry of optimized standard and inverted P3HT-PCBM organic solar cells
Perrier, G., De Bettignies, R., Berson, S., Lemaître, N., Guillerez, S., Solar Energy Materials and Solar Cells, volume 101, issue , year 2012, pp. 210 – 216.

- Scalable, ambient atmosphere roll-to-roll manufacture of encapsulated large area, flexible organic tandem solar cell modules, Energy and Environmental Science
Volume 7, Issue 9, September 2014, Pages 2925-2933 ; Andersen, T.R.a, Dam, H.F.a, Hösel, M.a, Helgesen, M.a, Carlé, J.E.a, Larsen-Olsen, T.T.a, Gevorgyan, S.A.a, Andreasen, J.W.a, Adams, J.bc, Li, N.bc, Machui, F.bc, Spyropoulos, G.D.bc, Ameri, T.bc, Lemaître, N.d, Legros, M.d, Scheel, A.e, Gaiser, D.e, Kreul, K.f, Berny, S.g, Lozman, O.R.g, Nordman, S.h, Välimäki, M.h, Vilkman, M.h, Søndergaard, R.R.a, Jørgensen, M.a, Brabec, C.J.bc, Krebs, F.C.


Origin of the S-Shape upon Aging in Standard Organic Solar Cells with Zinc Oxide as Transport Layer, Balthazar Lechêne, Jocelyne Leroy, Olivier Tosoni, Rémi de Bettignies, and Gérard Perrier, J. Phys. Chem. C, 2014, 118 (35), pp 20132–20136
DOI: 10.1021/jp5051518

Contactez nos experts

REPERES