Réalisation et modélisation d'électrodes transparentes à base de nanofils d’argent appliquées aux cellules solaires organiques

Discipline

Sciences et ingénierie pour l'information

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Electrodes transparentes, Cellules solaires organiques, Nanofils d'argent, Modélisation, FDTD, Plasmon

Mots-clés

Électrodes transparentes - Innovation,

Nanofils d'argent,

Cellules solaires organiques,

Résonance plasmonique de surface

Les électrodes transparentes sont des éléments clés dans la fabrication de dispositifs optoélectroniques tels que les LED, les écrans tactiles et les cellules solaires. L'électrode transparente dominant le marché dans ces domaines est basée sur l'oxyde d'indium dopé à l’étain (ITO). Elle contient de l'indium, qui est un élément coûteux, rare, difficile à extraire et surtout en voie de disparition, d'où la nécessité de lui trouver une alternative. Les électrodes à base de nanofils d'argent (AgNWs) constituent l'une des meilleures alternatives en raison de leurs excellentes propriétés électriques, optiques et mécaniques. Dans ce travail, nous montrons que l'intégration des AgNWs entre deux couches de nanoparticules de ZnO (ZnONPs) conduit à des performances optiques et électriques plus élevées. L’intégration de l'électrode ZnONPs /AgNWs/ ZnONPs (ZAZ) dans des cellules solaires organiques à base de PCE12 :ITIC ou PF2 :PC71BM a montré une augmentation de l’absorption de la couche active donc des performances photovoltaïques des cellules solaires. Cette augmentation est due au champ électrique résultant de la résonance plasmonique puisque l'absorption est proportionnelle au carré de l'amplitude du champ électrique. La modélisation numérique de l’électrode ZAZ a permis d’émettre des hypothèses expliquant les différents modes de propagation du plasmon généré suite à l’interaction lumière AgNWs. Par spectroscopie de photoluminescence, nous avons également observé une durée de vie plus courte des excitons dans le PF2 en présence de AgNWs. Tous ces processus conduisent à une amélioration des performances photovoltaïques par rapport à la référence à base d'ITO, avec une augmentation supérieure à 20% du photocourant et du rendement global des dispositifs.