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Face à l'urgence climatique, le projet MONOPOLY veut réinventer les panneaux solaires : plus légers, flexibles, et esthétiques, ils reposent sur une chimie repensée, plus respectueuse de l’environnement. 

Le photovoltaïque est une technologie qui utilise des matériaux, habituellement minéraux comme le silicium, pour convertir la lumière (les photons) en électricité (les électrons). Le projet MONOPOLY (MOre performant and stable organic photovoltaics incorporating NOn-Fullerene Acceptor POLYmers) mené de 2023 à 2026 a misé sur une stratégie innovante : l'utilisation de polymères organiques accepteurs d’électrons pour concevoir des cellules photovoltaïques dites « tout polymère », à la fois légères, flexibles et potentiellement plus durables.

Longtemps, les matériaux photovoltaïques organiques ont été confrontés à un double défi : atteindre des performances compétitives tout en surmontant leur relative instabilité. Pour envisager une application concrète, ces dispositifs doivent non seulement offrir un bon rendement, mais aussi conserver leurs performances pendant des années, malgré des conditions climatiques variées. Le projet s’inscrit précisément dans cette perspective, en cherchant à transférer ces avancées vers des procédés industriels durables. Il vise ainsi à lever les verrous liés aux performances, au passage à l’échelle, à la stabilité et aux conditions de fabrication, afin de faciliter le transfert de la recherche vers des applications concrètes. Pour atteindre cet objectif, un consortium de trois partenaires unit ses forces sous la coordination de Christine Videlot-Ackermann, chercheuse CNRS au Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM)^[1]. Tandis que le CEA avec la participation de Cyril Aumaître et Renaud Demadrille, chimistes au sein de l’Institut Interdisciplinaire de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)^[2], assure la conception et la synthèse des nouveaux matériaux semiconducteurs organiques, le pôle marseillais regroupe l'expertise du CINaM et de l'IM2NP (Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence)^[3] avec Carmen Ruiz-Herrero autour de la fabrication des dispositifs, leur caractérisation physique et électrique, ainsi que l'analyse de leur stabilité. Ensemble, ils analysent le comportement de ces matériaux à différentes échelles, de la couche active de quelques dizaines de nanomètres, où se jouent les mécanismes fondamentaux de conversion de la lumière, jusqu’à l’échelle de la cellule, de l’ordre de quelques centimètres carrés, afin d’optimiser l’ensemble du dispositif.

Image illustrant le passage entre la formulation d’une encre et sa mise en forme sur un support, une étape clé de la fabrication des cellules photovoltaïques développées au sein de l’équipe de recherche. Le flacon contient une encre colorée constituée d’un mélange de deux polymères. Cette encre est déposée sous forme de couche mince lors de la réalisation des cellules solaires, où elle joue le rôle de couche active chargée de convertir la lumière en électricité. Les deux substrats présentés au premier plan montrent des cellules solaires de différentes tailles et géométries, illustrant la diversité des architectures pouvant être étudiées et optimisées en laboratoire. © Christine Videlot-Ackermann

Sortir le photovoltaïque du cadre rigide

Le photovoltaïque classique, nous le connaissons tous : de grands panneaux de silicium, bleus ou noirs, rigides et lourds, installés sur nos toits. On les retrouve aussi dans des usages urbains à plus petite échelle, comme les bornes de stationnement ou certains équipements autonomes. Si cette technologie a fait ses preuves pour l'habitat ou le mobilier urbain, elle reste toutefois peu adaptée aux surfaces courbes et aux contraintes de flexibilité ou de mobilité qu'exigent les nouveaux usages d'une société hyperconnectée.
Contrairement au silicium, cette technologie du photovoltaïque organique utilise des molécules carbonées pour convertir la lumière en électricité. L’intérêt majeur réside dans la modularité : on joue sur la couleur, l'esthétique et la transparence. En permettant de s'affranchir des contraintes de poids et de rigidité, ces cellules ouvrent la voie à une intégration plus fluide et camouflée dans notre environnement quotidien, offrant aux industriels une gamme commerciale bien plus vaste que le panneau solaire fixe traditionnel. Cette approche permet de sortir des sentiers battus de l'énergie de masse pour proposer des solutions sur mesure, adaptées à l'espace restreint et aux volumes variés des objets de demain.
Dans une cellule solaire organique, la couche active repose sur un mélange de deux matériaux complémentaires : un donneur et un accepteur d’électrons, qui interagissent sous exposition à la lumière pour convertir les photons en électricité. Le projet MONOPOLY concentre ses efforts sur l'accepteur, un domaine de recherche en pleine explosion depuis une décennie. Alors que les petites molécules utilisées jusqu'ici risquent de se désorganiser sous l'effet de la chaleur, créant des agrégats qui nuisent au rendement, les polymères (de longues chaînes moléculaires) offrent une stabilité intrinsèque plus élevée. Christine Videlot-Ackermann précise “qu’en étant pour ainsi dire « figés », ces nouveaux matériaux offrent une stabilité morphologique bien supérieure, garantissant que le dispositif ne se dégradera pas prématurément, même en cas de fortes contraintes thermiques.”

Du labo à l’industrie de demain

L'originalité de MONOPOLY est de confronter dès aujourd'hui la science fondamentale aux impératifs de la production industrielle. Produire une cellule efficace de quelques millimètres carrés sous atmosphère protégée en laboratoire est déjà une prouesse scientifique, mais imprimer des surfaces de 1 cm² ou plus, à l'air libre et à moindre coût, est un défi d'ingénierie qu’il est nécessaire de relever. Pour les laboratoires, atteindre le centimètre carré est déjà une étape charnière vers la « grande surface ».
L'équipe interdisciplinaire travaille sur trois verrous majeurs pour rendre cette technologie viable :

• Une chimie à toxicité réduite : L'un des piliers du projet est de remplacer les solvants chlorés toxiques, standards en laboratoire, par des encres organiques basées sur des solvants non-chlorés comme l'o-xylène. “Bien que l'on ne parle pas encore de chimie totalement « verte », avec cette démarche on s'en rapproche significativement, en réduisant la toxicité pour l'environnement et l'homme lors de la fabrication.” indique Christine Videlot-Ackermann.

• La technique de dépôt : Pour passer à l'échelle industrielle, les chercheurs utilisent le doctor-blade (dépôt à la lame). Ce procédé, comparable à l’étalement d’une encre sur un support, permet de former des couches minces de manière continue et contrôlée en épaisseur. Il présente un atout majeur : sa compatibilité avec une grande variété de substrats, qu’ils soient rigides ou flexibles. Cette polyvalence en fait une technologie clé pour répondre aux exigences industrielles, en permettant la fabrication de couches uniformes sur de grandes surfaces, directement à l'air libre.

• L'équation rendement-couleur : Si la capacité d'offrir différentes couleurs est un atout de design majeur, elle modifie physiquement la capture des photons. L'enjeu est donc d'ajuster la structure chimique des matériaux pour maintenir un rendement élevé - visant un objectif ambitieux de 15 à 17 % - tout en offrant une esthétique modulable capable de se fondre dans n'importe quel produit.

 Photographie montrant un substrat sur lequel ont été fabriquées six cellules solaires de dimensions variées. Les zones actives des cellules sont délimitées par des motifs circulaires, permettant d’étudier l’influence de la taille des dispositifs sur leurs performances. © Christine Videlot-Ackermann

Vers une autonomie nomade et durable

Le point de bascule technologique est désormais à portée de main. Alors que l'ANR MONOPOLY arrive à son terme en 2026, les résultats obtenus ouvrent la voie à une valorisation concrète : des dispositifs « tout-polymère » ont atteint un rendement de 15 %, une performance obtenue dans des conditions de fabrication quasi industrielles grâce à l'usage de solvants éco-compatibles. Cette étape décisive démontre que les exigences de production à grande échelle, comme le traitement à l'air libre et l'utilisation de couches épaisses, ne constituent plus un frein à l'efficacité énergétique. En conjuguant haut rendement, grande variété des supports et faible empreinte écologique, la recherche française esquisse ici les contours d'une transition énergétique innovante, au plus près des nouveaux modes de vie nomades et des enjeux de mobilité des citoyens.

Références :
Synthesis and characterization of NFA-based polymers for solar cells with improved thermal stability,
L. Rivet, A. Curé, C. Jutard, S. Fauvel, R. Demadrille, A. Riquelme, C. Aumaître, J. Mater. Chem. C. 2025. doi:10.1039/d5tc02570b.
Blade-coated all-polymer organic solar cells with 15% efficiency using eco-friendly solvent systems,
M. el A. Kramdi, A. Karahan, L. Abbassi, T. Watanabe, H. Sekimoto, O. Margeat, J. Ackermann, C. M. Ruiz Herrero, C. Videlot-Ackermann, ACS Applied Materials & Interfaces, 2025. doi:10.1021/acsami.5c12486.
Through Analysis of Thin Films Based on Small-Molecule and Polymer NFA Blends for Photovoltaic Conversion: From Neat Materials to Ternary Systems.
M. el A. Kramdi, A. Karahan, T. Watanabe, H. Sekimoto, S. Desbief, G. Quéléver, O. Margeat, J. Ackermann, C. M. Ruiz Herrero, C. Videlot-Ackermann. Physchem 2026, 6, 12. doi:10.3390/physchem6010012.

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Ces recherches ont été financées en tout ou partie, par l’Agence nationale de la recherche (ANR) au titre de l'ANR MONOPOLY - AAPG2022 (https://anr.fr/Projet-ANR-22-CE06-0018). Cette communication est réalisée et financée dans le cadre de l’appel à projet Science Avec et Pour la Société - Culture Scientifique Technique et Industrielle pour les projets JCJC et PRC des appels à projets génériques 2022 (SAPS-CSTI JCJC et PRC AAPG 22).

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^[1] Aix-Marseille Université/CNRS
^[2] CEA
^[3] Aix-Marseille Université/CNRS/Université de Toulon