Réalisation et caractérisation de cellules photovoltaïques organiques obtenues par dépôt physique

Discipline

Électronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

semiconducteurs, matériaux organiques, cellules photovoltaïques, bombardement ionique, encapsulation (électronique)

Mots-clés

Photopiles - Thèses et écrits académiques,

Dépôt en phase vapeurDépôt en phase vapeur -- Thèses et écrits académiques,

Ions -- Implantation - Thèses et écrits académiques,

Encapsulation (électronique) - Thèses et écrits académiques

Ce travail concerne l'élaboration et la caractérisation de cellules photovoltaïques organiques (OPVs) bas coût, contribuant au développement des énergies renouvelables, et capables d'alimenter des appareils nomades (téléphone portable…). Nous avons en particulier contribué au développement d'un banc d'expérimentation versatile destiné à l'obtention de diverses structures (bicouches, interpénétrées et multicouches) de cellules solaires à base de différents couples donneur-accepteur de petites molécules. Après la présentation d'une rétrospective des phénomènes physique et des mécanismes entrant en jeu, ainsi que celle du principe photovoltaïque dans les matériaux organiques, nous décrivons l'élaboration de notre manipulation et les étapes technologiques permettant de réaliser les cellules solaires. Les matériaux (organiques et métalliques) sont déposés en films minces (de 30 à 100nm) à la tournette (PEDOT-PSS) ou par évaporation sous vide (petites molécules et métallisation de la cathode) sur un substrat de verre recouvert d'une couche conductrice et semi-transparente d'ITO constituant l'anode. Les structures réalisées ont été caractérisées à l'air dans l'obscurité et sous illumination par des courbes I(V), des mesures capacitives et des spectres d'IPCE (spectre de photocourant). Différents couples donneur-accepteur (phtalocyanine/C₆₀, oligomère de thiophène/C₆₀ et phtalocyanine/dérivé de pérylène) ont été testés selon diverses configurations : hétérojonctions p-n distribuées ou non dans le volume. Les performances relevées laissent un avantage aux structures bicouches en raison de la granulosité du C₆₀. Cette caractéristique nous a permis de concevoir une structure multicouche (CuPc/C₆₀)₃ efficace. Afin de remédier au problème lié au dépôt du C₆₀, nous avons testé une autre molécule de type accepteur : un dérivé du pérylène (PPTC). Des études complémentaires ont été menées par l'implantation ionique des couches actives, permettant à la fois une densification et un dopage de celles-ci ; l'encapsulation des composants par VDP de polyimide (polymérisation en phase gazeuse) a été évaluée. A l'aide de cette technique, nous avons aussi développé une structure auto-protégée alternative.