TANDORI

Modules Photovoltaïques Organiques Tandems flexibles par enduction au déroulé
Axe stratégique: 
Réseaux et flux
Type de financement: 
ANR
Date de labellisation: 
12/04/2011
Durée du projet: 
36 mois
Organisme opérateur: 
ANR
Descriptif: 

Le projet TANDORI proposait donc de développer par voie humide une architecture de module tandem combinant stabilité sur 5000 heures d’illumination et amélioration des rendements photovoltaïques à 10 %. Le caractère innovant et ambitieux du projet résidait dans l’approche combinée efficacité/stabilité des dispositifs photovoltaïques. Cela représentait une première étape indispensable au développement industriel des modules tandems qui devait s’appuyer sur les avancées réalisées dans le cadre de ce projet suivant trois axes matériaux, architectures et procédés. Modules Tandem par enduction grâce à la synthèse de nouveaux matériaux actifs et d’interface, performants et stables et en intégrant de nouvelles structures.

Galerie: 

TANDORI

Thème: 

Le projet TANDORI proposait donc de développer par voie humide une architecture de module tandem combinant stabilité sur 5000 heures d’illumination et amélioration des rendements photovoltaïques à 10 %. Le caractère innovant et ambitieux du projet résidait dans l’approche combinée efficacité/stabilité des dispositifs photovoltaïques. Cela représentait une première étape indispensable au développement industriel des modules tandems qui devait s’appuyer sur les avancées réalisées dans le cadre de ce projet suivant trois axes matériaux, architectures et procédés. Modules Tandem par enduction grâce à la synthèse de nouveaux matériaux actifs et d’interface, performants et stables et en intégrant de nouvelles structures.

Depuis les travaux pionniers appliquant le concept des cellules photovoltaïques organiques (OPV), les rendements de conversion se sont régulièrement améliorés pour atteindre à ce jour plus de 10 %. La limitation principale de cette technologie est liée à la faible gamme spectrale que les matériaux organiques peuvent absorber. Pour augmenter le rendement des dispositifs, il convient de mieux adapter leurs spectres d’absorption au spectre solaire et d’utiliser les structures tandems.

Le projet TANDORI proposait donc de développer par voie humide une architecture de module tandem combinant stabilité sur 5000 heures d’illumination et amélioration des rendements photovoltaïques à 10 %. Le caractère innovant et ambitieux du projet résidait dans l’approche combinée efficacité/stabilité des dispositifs photovoltaïques. Cela représentait une première étape indispensable au développement industriel des modules tandems qui devait s’appuyer sur les avancées réalisées dans le cadre de ce projet suivant trois axes matériaux, architectures et procédés. Modules Tandem par enduction grâce à la synthèse de nouveaux matériaux actifs et d’interface, performants et stables et en intégrant de nouvelles structures.

Le projet TANDORI proposait d’améliorer l‘efficacité globale des dispositifs en élaborant des modules OPV tandems et en levant les verrous technologiques pour les axes :

  • Matériaux et durée de vie : en améliorant la couverture spectrale par la synthèse de nouveaux matériaux polymères donneurs d’électrons à forte complémentarité spectrale ; en améliorant l’efficacité et la stabilité des dispositifs ; en développant des nouveaux matériaux actifs stables ainsi que des matériaux d’interface et de couche de recombinaison stables.
  • Architecture et durée de vie : en intégrant les structures N-I-P et P-I-N, reconnues plus stables par l’incorporation de matériaux d’interfaces stables, dans les architectures tandems.
  • Procédé : en élaborant des modules tandems de grande surface par un procédé industriel qu’est l’enduction.

Un point fort de ce projet était d’associer étroitement le développement de nouvelles architectures de cellules, à de nouveaux matériaux actifs et d’interfaces (synthétisables à grande échelle) et au développement de procédés de dépôt industrialisable (voie humide, substrat flexible, bas coût).

Pour ce faire, ce projet, par essence multidisciplinaire, reposait sur les compétences multiples du groupe de travail : les groupes de synthèses (SPRAM, ICPEES et IMN pour les matériaux actifs et d’interfaces / de recombinaison), le CEA et l’IM2NP pour l’aspect dispositif (développement et optimisation des architectures tandems, modélisation) et les deux industriels, PCAS et ARMOR, responsables respectivement du scale-up et des procédés d’enduction.

 

Deux polymères du consortium, un HBG du LEMOH et un LBG de l’ICPEES sont à 4,5-5% de rendement. L’optimisation des structures tandem NIP-NIP a permis d’atteindre 6,84% de rendement photovoltaïque. Ces résultats sont en accord avec les simulations et modélisations réalisées par l’IM2NP. De plus, des stabilités intrinsèques de cellules tandems ont été démontrées sur des temps courts dans le cadre de bonnes stabilités des sous cellules, la couche de recombinaison développée par le CEA-INES montrant une bonne stabilité.

Des matériaux d’interfaces de type n et de type p ont été développés par l’IMN par voie solvothermale. Un matériau de type n’a été validé en tant que couche d’interface en sous cellule et en configuration tandem. Ce matériau a également été produit en grande quantité par PCAS et son industrialisation peut maintenant être envisagée.

Les efforts conjoints d’ARMOR et du CEA INES ont permis de montrer la réalisation de sous modules à base de P3HT et d’un autre polymère commercial dont 3 couches sont déposées par enduction au déroulé. Même si des cellules tandem n’ont pas pu être réalisées intégralement pas enduction, ce dernier point constitue une avancée majeure du projet : la maitrise de la réalisation de modules par enduction au déroulé, qui devrait permettre à ARMOR d’envisager la commercialisation de modules OPV dans les prochaines années.

 

Les résultats du projet TANDORI ont fait l’objet de nombreuses présentations orales ou sous forme de poster, 10 dans des conférences internationales et 4 dans des conférences françaises.

De plus, 3 publications ont été acceptées dans des revues à comité de lecture à haut facteur d’impact, montrant l’intérêt des travaux développés dans le cadre du projet. Une déclaration d’invention concernant des matériaux d’interface en vue d’un dépôt de brevet en co-propriété est également en cours de dépôt.

 

Le projet a commencé en janvier 2012 et a duré 36 mois. Il a bénéficié d’une aide ANR de 1,17 M € pour un coût global de l’ordre de 3,05 M€. Il a été labellisé par les pôles de compétitivité TENERRDIS, FIBRES-ENERGIVIE et CAPENERGIE.

Carte d'identité: 
  • Montant total du projet : 3,05 Millions d'euros
  • Montant des subventions accordées : 1,17 Millions d'euros
  • Appel à Projet : ANR
  • Pôle chef de file : Fires-Energivie
  • Pôles co-labellisateurs : CAPENERGIES, Tenerrdis, IDforCAR
Porteurs: 

Le projet TANDORI est un projet de recherche appliquée coordonné par le LMPO du CEA.

Partenaires: 

Il associe aussi 2 industriels, PCAS et ARMOR, ainsi que des 4 autres laboratoires académiques ou du CEA : le LEMOH, l’ICPEES, l’IMN et l’IM2NP. Le projet a commencé en janvier 2012 et a duré 36 mois.

Résultats et perspectives: 

Deux polymères du consortium, un HBG du LEMOH et un LBG de l’ICPEES sont à 4,5-5% de rendement. L’optimisation des structures tandem NIP-NIP a permis d’atteindre 6,84% de rendement photovoltaïque. Ces résultats sont en accord avec les simulations et modélisations réalisées par l’IM2NP. De plus, des stabilités intrinsèques de cellules tandems ont été démontrées sur des temps courts dans le cadre de bonnes stabilités des sous cellules, la couche de recombinaison développée par le CEA-INES montrant une bonne stabilité.

Des matériaux d’interfaces de type n et de type p ont été développés par l’IMN par voie solvothermale. Un matériau de type n’a été validé en tant que couche d’interface en sous cellule et en configuration tandem. Ce matériau a également été produit en grande quantité par PCAS et son industrialisation peut maintenant être envisagée.

Les efforts conjoints d’ARMOR et du CEA INES ont permis de montrer la réalisation de sous modules à base de P3HT et d’un autre polymère commercial dont 3 couches sont déposées par enduction au déroulé. Même si des cellules tandem n’ont pas pu être réalisées intégralement pas enduction, ce dernier point constitue une avancée majeure du projet : la maitrise de la réalisation de modules par enduction au déroulé, qui devrait permettre à ARMOR d’envisager la commercialisation de modules OPV dans les prochaines années.

 

Les résultats du projet TANDORI ont fait l’objet de nombreuses présentations orales ou sous forme de poster, 10 dans des conférences internationales et 4 dans des conférences françaises.

De plus, 3 publications ont été acceptées dans des revues à comité de lecture à haut facteur d’impact, montrant l’intérêt des travaux développés dans le cadre du projet. Une déclaration d’invention concernant des matériaux d’interface en vue d’un dépôt de brevet en co-propriété est également en cours de dépôt.