Développements d'outils de caractérisations opto-électriques multi-échelles pour les dispositifs photovoltaïques organiques

• Auteur / Autrice : Guillaume Alexandre Riviere
• Direction : Ludovic Escoubas, Jean-Jacques Simon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro nano électronique
• Date : Soutenance le 17/02/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Muller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Veronica Bermudez-Benito, Guillaume Wantz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Denis Mencaraglia, Bernard Ratier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie à force atomique

Photopiles

Mots clés libres

Cellules solaires organiques

Modules photovoltaïques organiques

Caractérisations électriques

LBIC

C-AFM

Organic solar cells

Organic photovoltaic modules

Electrical charaterizations

LBIC

C-AFM

Résumé

Les cellules solaires organiques continuent leur essor dans le domaine du photovoltaïque, grâce aux structures et matériaux activement étudiés, pour tendre vers le maximum de rendement et passer le cap de l'industrialisation. La séparation de phase des matériaux qui constituent la couche photo-active des cellules à hétérojonction en volume gouverne en partie les performances de la cellule, ainsi que des phénomènes de recombinaison liés à la photo-conversion. Des moyens de caractérisation spécifiques sont nécessaires pour sonder les propriétés des cellules aussi bien à l'échelle microscopique qu'à l'échelle nanométrique. Des bancs de caractérisations opto-électriques pour les cellules solaires organiques ont alors été développés. Ainsi, la technique du courant induit par faisceau lumineux (LBIC) permet de visualiser l'uniformité des cellules avec une résolution de 50µm. La microscopie à force atomique en mode conduction (C-AFM) permet quant à elle de sonder les propriétés photo-électriques des cellules à l'échelle du nanomètre.

Organic solar cells are becoming more prominent in the photovoltaic field thanks to new materials and stacked structures. The active layer of bulk heterojunction solar cells is composed of an interpenetrating network of electron donor and acceptor materials. Vertical phase separation governs cells power conversion efficiency and recombination phenomena are still being studied. Specific characterization tools are necessary to gain insights into cell properties at the nanometer scale and at the molecular level. In this context, this thesis allowed the development of electrical characterization tools for bulk heterojunction organic solar cells based on polymer/fullerene blend. Thus, the Light Beam induced Current (LBIC) technique has been developed to check the current uniformity of the cells with a 50µm resolution. Conductive-AFM (C-AFM) has been used to probe the photovoltaic properties of the cells in the nanometer range.