Organic and hybrid solar cells: recent developments and rise of a new perovskite-based generation
Cellules photovoltaïques organiques et hybrides : évolutions récentes et naissance d’une nouvelle filière pérovskite
Résumé
One of the major challenges related to the design, development and manufacture of photovoltaic devices remains the ability to deliver low-cost, efficient and stable technologies for solar-to-electricity conversion.This paper summarises recent progresses made within three sectors that are most likely to afford cheap production costs : organic cells, dye sensitised solar cells (DSSC), and perovskite cells. The later has recently opened a new route and attracts currently a tremendous research effort. Each section includes a brief historical overview and the basic concepts of organic and DSSC architectures are given. Next, the latest developments for each of the three types of cell technology are discussed. One of the main concerns in both all organic and dye sensitised photovoltaic devices is advanced design of molecular systems combining highperformance with ease of processing.However, in a photovoltaic device the synergy between individual components calls for an integrated approach. The same holds for the new class of solar cells based on mixed organic-inorganic halide perovskites. It happens that despite the outstanding improvement in cell performance in terms of conversion efficiency made within a couple of years, there is still need for fundamental understanding of what makes hybrid perovskites so successful in that respect. Knowledge gained by more than two decades of active research in materials chemistry and solid-state physics concepts should be combined to solve technological bottlenecks.
Dans le domaine de la fabrication de modules solaires photovoltaïques, visant à convertir l’énergie du Soleil en électricité, le Graal demeure encore aujourd’hui le développement d’une technologie qui allie faible coût, efficacité et longévité.Cet article traite des progrès récents dans trois filières qui sont a priori à bas coût : les cellules organiques, les cellules à colorant, et la filière émergente des cellules à pérovskite qui rencontre actuellement un engouement considérable. Sans exhaustivité, l’historique et les architectures de cellules solaires organiques et hybrides sont rappelées avant d’aborder les dernières avancées effectuées dans chaque secteur.Le principal enjeu de la filière tout organique et de celle à composés photosensibles reste l’élaboration de nouvelles molécules ou nanostructures plus performantes et d’accès synthétique aisé. Toutefois, la synergie des constituants d’un dispositif photovoltaïque est telle que l’ingénierie moléculaire doit s’appuyer sur une vision intégrée.Ce constat s’applique aussi à la filière la plus récente issue des matériaux pérovskites hybrides organiques-inorganiques. Malgré une évolution sans précédent des rendements de photoconversion, le manque de compréhension des mécanismes sous-jacents à l’origine de leurs performances dans les cellules photovoltaïques est prégnant. La bonne connaissance de la chimie de ces matériaux acquise ces vingt dernières années couplée à des concepts de physique du solide devrait corriger ce déficit et contribuer à lever les verrous technologiques.