Étude de couches minces de matériaux organiques et applications à la réalisation de cellules solaires

• Auteur / Autrice : Hassen Derouiche
• Direction : Jean-Christian Bernède
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Semiconducteurs organiques

Couches minces

Résumé

Le présent mémoire porte sur la réalisation et la caractérisation des couches minces de matériaux organiques. Le but de notre étude étant la réalisation de cellules solaires organiques. De nombreuses techniques de caractérisations physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffractions de rayons X, spectroscopie de photoélectrons ou XPS, spectroscopie infra-rouge et absorption optique) ont été utilisées afin de déterminer la qualité des couches et d'en améliorer ainsi leur élaboration. Nous avons fabriqué des cellules solaires organiques composées d'un seul matériau phtoactif (ZnPc). Les propriétés optiques et électriques des couches minces de ZnPc sont préservées pendant le processus d'évaporation multi cycles mis au point au laboratoire et le recuit à 150ʿC pendant 4 heures. L'augmentation du taux d'oxygène en volume de la couche mince de ZnPc a été vérifié qualitativement par XPS, L'utilisation de la méthode multi cycles a permis l'amélioration des caractéristiques photovoltai͏̈ques de ZnPc (Voc, Isc, FF et ? de 0. 42 a 0. 51 V, 0. 102 a 0. 192 mA/cmø, 0. 22 a 0. 3 et de 0. 009 % a 0. 03 %, respectivement). De plus on a pu constater que l'ajout d'une fine couche de PEDOT :PSS à l'interface ITO/ZnPc améliore le fonctionnement de la cellule. Il a été montré que les cellules solaires composées de deux couches superposées ZnPc/1,4-DAAQ ont un comportement photovoltai͏̈que. Un rendement de 0. 003% a été réalisé avec Isc=0. 02 mA/cm ø, Voc=0. 8 V et F. F=0. 17. Une amélioration de l'interface avec le DAAQ permet une augmentation du rendement. Nous avons aussi testé des cellules solaires composées par un réseau interpénétré de deux matériaux organiques (ZnPc :PTCDA) et (PVK : 1,4-DAAQ). Dans le cas d'ITO/ZNPC:PTCDA/Al, le mélange avec 25 % de poids de PTCDA donne un rendement de 0. 09% avec Isc=0. 64 mA/cm ø, Voc=0. 4 V et F. F=0. 35. Le mélange ZnPc :PTCDA étant réalisé par co-évaporation sous vide. L'amélioration de la performance de la cellule solaire par l'introduction de PTCDA dans le ZnPc peut être attribuée à l'expansion du spectre d'absorption, mais aussi à la présence des multi hétérojonctions en volume. . .