Alliance de recherche européenne pour la fabrication de cellules photovoltaïques organiques

Un nouveau système laser doit permettre d’améliorer l’efficacité des cellules solaires photovoltaïques organiques (OPVC, [1]). Sous la direction du Centre de lasers d’Hanovre (LZH), un système de lasers infrarouges modulables doit voir le jour, destiné au traitement sélectif de couches organiques dans les éléments de construction optico-électroniques.

 

Ce système de lasers infrarouges est l’objectif du projet coopératif démarré en septembre 2010 IMPROV, qui dispose d’environ 2,4 Mio. d’euros de la part de l’Union européenne d’ici 2013, provenant du 7ème programme cadre de recherche et développement. Le LZH coordonne le consortium européen avec 7 partenaires de la science et de l’industrie.

 

Les cellules OSC sont constituées de couches fines de divers films de polymères photoactifs. Afin d’obtenir des composants fonctionnels, ces couches doivent être structurées de façon sélective. Les lasers ultraviolets utilisés jusqu’à présent travaillent de façon peu précise et conduisent à une perte pouvant atteindre 20% de surface active. Avec le nouveau procédé laser – ablation résonante en infrarouge, RIA – cette phase de production pourrait être fortement améliorée. A cause des différentes bandes d’absorption de chaque film de polymère, le RIA permet d’effectuer une coupe sélective, une structuration ou une abrasion de matériel au sein du système global de couches. Cela nécessite l’utilisation d’un laser à impulsions courtes, réglable de façon exacte dans le domaine des longueurs d’onde infrarouges sur le maximum d’absorption respectif des couches à traiter.

C’est ici qu’intervient le projet européen IMPROV, « Integrated Mid-infrared high Power source for Resonant ablation of Organic based photovoltaic devices », qui développe un laser à impulsions courtes infrarouge réglable dans la gamme de longueurs d’onde de 3 à 10 micro-m. Ceci est possible grâce à la conversion de fréquence d’un système à 2° micro-m en un cristal non linéaire innovant (arséniure de gallium orienté – orientation-patterned gallium arsenide)

 

Le potentiel d’application du traitement micrométrique du plastique est considérable : ce système laser permettrait une grande simplification du processus de production avec une nette réduction des pertes de surface, en particulier pour la fabrication de cellules photovoltaïques organiques (OPVC), mais aussi de diodes électroluminescentes organiques (OLED, [2]) et de transistors à couches minces (OTFT, [3]).

 

Dieter Wandt, chef du groupe de photonique ultrarapide [4] au LZH, est coordinateur d’IMPROV. Une partie de la recherche menée par son groupe concerne le développement d’un laser à fibres à impulsions ultra-courtes au thulium entièrement basé sur les fibres et sur le couplage de modes, avec un rayonnement de sortie réglable dans un domaine de longueur d’ondes de 2 micro-m. Par ailleurs, le taux de répétition habituel de 40 à 60 MHz doit être réduit à 1 MHz. Par la suite, les partenaires de Belgique, Danemark et France procéderont à l’amplification du rayonnement de sortie dans des fibres supplémentaires dotées de thulium, avant de convertir le rayonnement laser vers la zone spectrale infrarouge dans des générateurs / amplificateurs paramétriques optiques basés sur des cristaux d’arséniure de gallium (GaAs).

 

Dieter Wandt est conscient de la lourde tache attendant le LZH : « Très peu de recherche est effectuée actuellement sur les lasers à fibres à impulsions ultra-courtes basées sur le thulium à 2 micro-m, et les composants optiques commerciaux sont quasi-inexistants. Par ailleurs, à cause du domaine de longueur d’onde, il n’existe pas d’instruments de visualisation du laser ». Cependant, le physicien est confiant, car le LZH possède déjà de l’expérience dans cette sorte d’oscillateurs et peut fabriquer sur place quelques uns des composants clés fibreux comme les coupleurs de lumière pompée, les découpleurs et les filtres eux-mêmes.

 

Aux côtés des entreprises allemandes BATOP et Heliatek (Dresde), les partenaires d’IMPROV sont le Centre interuniversitaire de microélectronique VZW (IMEC), Multitel ASBL, NKT Photonics et Thales. Ils complètent à eux seuls la chaîne de fabrication dans son ensemble, du développement à l’application industrielle. L’expérimentation du système laser pour la fabrication d’OPVC est assurée avec l’aide de la société Heliatek. Des industriels spécialisés dans le traitement du plastique ont aussi laissé entendre leur intérêt pour le laser infrarouge compact à haute performance, domaine d’application prédominant du laser excimère jusqu’à présent.

 

Pour en savoir plus, contacts :

– [1] Définition et fonctionnement d’une OPVC : « Une empreinte digitale magnétique signale les pertes électriques dans les cellules photovoltaïques organiques » – BE Allemagne 502 – 29/10/2010 – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/64920.htm – Informations supplémentaires sur les OPVC : voir liens en bas de l’article vers d’autres BE sur le même thème
– [2] Informations supplémentaires sur les OLED : « Des bandes de conduction ultrafines pour des diodes électroluminescentes organiques plus efficaces » – BE Allemagne 504 – 11/11/2010 – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/65064.htm
– [3] OTCT : transistor à effet de champ – ce composant est formé par le dépôt successif de plusieurs couches minces (quelques centaines de nanomètres). Pour des informations supplémentaires, voir l’article de Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Thin-film_transistor
– [4] Travaux menés par le groupe de photonique ultrarapide (en anglais) : http://www.lzh.de/en/departments/laserdevelopment/ultrafastphotonics
– Informations supplémentaires sur les applications des lasers pour les techniques solaires :
* « Amélioration des collecteurs solaires thermiques grâce à la technique laser » – BE Allemagne 458 – 05/11/2009 – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61114.htm
* « Comment un recours au laser peut améliorer le rendement des cellules photovoltaïques » – BE Allemagne 350 – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/50738.htm – 30/08/2007
– Michael Botts, Centre de lasers d’Hanovre (LZH) – Hollerithallee 8, D-30419 Hannover – tél. : +495112788151, fax : +495112788100 – email : m.botts@lzh.de – http://www.lzh.de

Source :

Dépêche idw, communiqué du Centre de lasers d’Hanovre – 09/11/2010 – http://idw-online.de/pages/de/news395808

Rédacteur :

Claire Vaille, claire.vaille@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr