Formulation et impression d'encres pour l'élaboration par impression jet d'encre de modules photovoltaïques organiques

Ink formulation and printing for the elaboration by inkjet printing of organic photovoltaic modules

• Auteur / Autrice : Mélodie Chaperon
• Direction : Stéphane Cros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 22/11/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Bellet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mireille Richard-Plouet, Solenn Berson, Lionel Flandin, Jean-Jacques Simon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ronn Andriessen, Bernard Ratier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs photoélectroniques

Encre

Mots clés libres

Photovoltaique organique

Impression

Jet d'encre

Formulation

Encre

Propriétés physico-Chimiques

Organic photovoltaic

Printing

Inkjet

Formulation

Ink

Physicochemical properties

Résumé

Les performances des dispositifs photovoltaïques organiques (OPV) se sont considérablement améliorées au cours de la dernière décennie. Compte tenu de ces avancées, il est envisageable de transférer cette technologie développée au laboratoire à l’échelle industrielle. Le dépôt de la structure multicouche par le procédé d’impression jet d’encre est le moyen idéal de produire des dispositifs sur mesure, flexibles et potentiellement à faible coût. L’objectif de cette thèse a ainsi été de comprendre et de maitriser l’influence de la formulation des encres sur le procédé d’impression, en allant de l’éjection jusqu’aux performances photovoltaïques des couches imprimées. Les paramètres améliorant la qualité d’éjection ont tout d’abord été déterminés, puis ceux favorisant la mouillabilité. A partir de ces données, les encres ont été formulées pour que leurs propriétés physico-chimiques répondent à ces exigences. Ces nouvelles formulations ont ainsi permis d’optimiser la qualité d’éjection et d’assurer l’obtention d’une couche imprimée uniforme et compatible pour leur intégration en dispositifs OPV. Les couches obtenues après optimisation de la stratégie d’impression se sont avérées aussi performantes que celles réalisées par spin coating, procédé laboratoire de référence. Les avancées mises au point dans ces travaux, en termes de maitrise de la formulation et du procédé jet d’encre, ont contribué à l’amélioration de chacune des couches imprimées du dispositif. D’autre part, la méthodologie mise au point au cours de ce travail pourra s’appliquer à d’autres technologies photovoltaïques, ainsi qu’au domaine de l’électronique organique imprimée

The performances of organic photovoltaic devices (OPV) have been considerably improved over the last decade. These developments allow to scale up the technologies developed at the laboratory scale to the industrial one. For the elaboration of multilayered architectures, inkjet printing method is the ideal way to produce custom-made devices which could be also flexible and potentially low cost. The purpose of this PhD was to understand and to master the influence of ink formulation on the printing process, from the ejection step to the photovoltaic performance characterization of the printed layers. Parameters improving the ejection quality were first determined followed by those making the wettability easier. The inks have been then formulated to ensure that their physicochemical properties meet the aforementioned requirements. These new formulations enabled to optimize the quality of the ejection quality and to ensure uniform printed layers compatible with their integration in OPV devices. After optimization of the printing strategies, the obtained layers proved to be as efficient as those made by spin coating process (reference process at laboratory scale). The advances reached within in this work, in terms of formulations and processes, contributed to the improvement of each inkjet printed layers of the device. Furthermore, the methodology developed here could be applied in the near future either to other photovoltaic technologies and to organic printed electronics.