Projet ANR-11-JS09-0004 – PvCoNano : Cellules photovoltaïques à base de nanocristaux colloïdaux
Programme : JCJC - SIMI 9 - Sciences de l'ingéniérie, matériaux, procédés énergie (JCJC SIMI 9) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Zhuoying Chen (CNRS DR IDF SECTEUR PARIS A)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence
Montant : 190000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Dans la quête de cellules solaires à faible coût, les dispositifs photovoltaïques à base de matériaux nanostructurés élaborés en solution incluant polymères conjugués, petites molécules ou nanocristaux colloïdaux ont fait l’objet d'intenses recherches au cours des dernières années. Parmi ces systèmes, les nanocristaux de PbSe et PbS présentent un intérêt particulier associé à leur excellente photosensibilité dans le proche infra-rouge. Cependant, les performances actuelles des cellules solaires élaborées à partir de ces nanomatériaux restent très limitées, en particulier en raison de la recombinaison des porteurs. Certaines stratégies, élaborées sur d’autres systèmes hybrides et portant, soit sur l’utilisation de modifiants moléculaires permettant de réaliser des interfaces donneur-accepteur à la surface des nanocristaux, soit sur l’utilisation de morphologies de nanocristaux à forts rapports d’aspect, se sont montrées très efficaces pour en améliorer les performances photovoltaïques. Ces approches n’ont cependant pas été appliquées de manière systématique aux cellules solaires élaborées à partir de nanocristaux de PbSe ou PbS et de nombreuses questions restent ouvertes quant aux véritables performances que ces systèmes peuvent atteindre. Le projet « PVcoNano » se propose donc d’étudier (1) l’influence de différents traitements de la surface des nanocristaux opérés par échange de ligands et (2) l’effet de la morphologie des nanocristaux sur les performances des cellules obtenues et sur la cinétique de recombinaison des porteurs dans ces dispositifs. Il peut être anticipé qu’une telle étude permettra d’acquérir une connaissance approfondie sur la façon dont les ligands de surface et la morphologie des nanocristaux peuvent influencer le transport et la recombinaison des porteurs et ainsi améliorer les performances de ces dispositifs. La compréhension de ces aspects va non seulement mener au développement de nanocristaux plus performants pour les applications photovoltaïques mais aussi ouvrir de nouvelles directions dans la recherche de cellule solaires combinant efficacité et faible coût. 
Ce projet, d’une durée de trois ans, se décompose en quatre tâches majeures : (1) la synthèse de nanocristaux, l’étude des ligands de surface et des morphologies ; (2) les caractérisations optiques et structurales; (3) la fabrication des dispositifs et (4) les mesures des performances photovoltaïques des cellules et leur corrélation avec les mesures de transport et de cinétique de recombinaison de porteurs. Une équipe de quatre permanents (IM2NP-UMR6242) a été formée pour ce projet et doit accueillir deux membres non permanent. 
Z. Chen (31 ans, 85%) possède une solide expérience de recherche en synthèse colloïdale, fabrication et mesure de dispositifs pour l’optoélectronique. Elle va donc être responsable des tâches relatives à la synthèse des nanocristaux et à la fabrication des dispositifs. D. Barakel (33 ans, 30%) et L. Ottaviani (40 ans, 30%) apporteront leur expertise, respectivement, sur les mesures de performances photovoltaïques et de cinétique de recombinaison de porteurs. Ils assumeront ainsi la responsabilité de la tâche relative aux mesures photovoltaïques des dispositifs. Finalement, en tant qu’experte de microscopie électronique, M. Cabié (33 ans, 15%) portera la responsabilité de la partie relative à la caractérisation structurale. 
Pour les membres non permanents, un chercheur post-doctoral de 24 mois est demandé dans ce projet. Une bourse de thèse, codirigée par Z. Chen et L. Escoubas, a par ailleurs été demandée dans le cadre de l’appel «Ecole Centrale-Chine» pour 2011. La moitié de cette thèse sera dédiée à ce projet, sur les parties relatives à la caractérisation des performances photovoltaïques des dispositifs. 
Les équipements financés par ce projet ANR doivent compléter les équipements existants au laboratoire et nous permettre d’acquérir à l’IM2NP l’autonomie nécessaire pour mener à bien l’ensemble des tâches prévues.