Caractérisation, optimisation et comportement photochimique de couches actives de cellules photovoltaïques organiques à base de poly(3-hexylthiophène)

Characterization, optimization and photochemical behavior of active layers of organic photovoltaic cells based on poly(3-hexylthiophene)

• Auteur / Autrice : Aurélie Dupuis
• Direction : Agnès Rivaton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-Physique
• Date : Soutenance le 01/06/2012
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (PMM) Photochimie moléculaire et macromoléculaire
• Jury : Président / Présidente : Philippe Boutinaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Ratier, Thien-Phap Nguyen, Jörg Ackermann, Jean-Luc Gardette
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bernard Ratier, Thien-Phap Nguyen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détérioration

Photopiles

Mots clés libres

Couche active

Cellules photovoltaïques organiques

P3HT

PCBM

Microstructure

Vieillissement

Stabilité photochimique

Active layer

Organic solar cells

P3HT

PCBM

Microstructure

Ageing

Photochemical stability

Résumé

Ce travail a été consacré à la caractérisation, l’optimisation et l’étude du comportement photochimique de couches actives de cellules photovoltaïques organiques. L’objectif était d’identifier les mécanismes de photovieillissement dans le but de proposer des stratégies pour améliorer la stabilité de cellules solaires organiques à base de Poly(3-hexylthiophène) (P3HT) et de [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyl (PCBM). Le premier axe de travail a été consacré à l’étude de l’influence des paramètres structuraux du P3HT (masse molaire, régiorégularité, pureté …) sur sa stabilité photochimique dans un premier temps, puis sur l’optimisation des performances des cellules dans un second temps. Pour ce faire, quatre P3HT commerciaux différents ont été étudiés. Ils ont tout d’abord été caractérisés avec précision grâce à différentes techniques analytiques. La relation entre microstructure du P3HT et sa photostabilité a ensuite été étudiée, et les paramètres pertinents influençant la photodégradation identifiés. Le deuxième axe de travail a été consacré à la stabilité photochimique de mélanges P3HT:PCBM sur substrat inerte, puis sur des couches tampons. Dans une dernière partie, la dégradation de couches actives au sein de dispositifs complets a été effectuée en faisant « l’autopsie » de cellules vieillies.

This work was devoted to optimization, characterization and photochemical behavior of active layers of organic solar cells. The objective was to identify photo-ageing mechanisms in order to propose strategies to improve the stability of Poly (3-hexylthiophene) (P3HT)/[6,6]-phenyl-C61-butanoic acid methyl ester (PCBM) organic solar cells. The first axe of this work was devoted to the study of the influence of structural parameters of P3HT (molecular weight, regioregularity, purity …) firstly on its photochemical stability and secondly on the optimization of the performances of devices. In this goal, four different commercial P3HT were studied. They were first characterized accurately with different analytical techniques. The relationship between P3HT microstructure and photostability has been studied and relevant parameters influencing photodegradation have been identified. The second axe of this work was devoted to the photochemical stability of P3HT:PCBM blends on inert substrate, and then on buffer layers. Finally, the degradation of active layers in complete devices has been performed by making the “autopsy” of degraded solar cells.