Vers une amélioration des performances et de la durabilité de cellules photovoltaïques organiques par l'application d'un film composite multifonctionnel

Toward an improvement of organic solar cells' lifetime and stability by the application of a multifunctional composite film

• Auteur / Autrice : Anthony Perthue
• Direction : Jean-Luc Gardette, Philippe Boutinaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-Physique
• Date : Soutenance le 25/02/2014
• 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 : (ICCF) Institut de Chimie de Clermont-Ferrand
• Jury : Président / Présidente : Bernard Ratier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Gardette, Philippe Boutinaud, Stéphane Cros
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Allonas, Stéphane Jobic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conversion photovoltaïque

Photopiles

Mots clés libres

Photodégradation

Photovoltaïque organique

Revêtement luminescent

Couche de conversion

Diffusion de la lumière

Photodegradation

Organic photovoltaic

Luminescent coating

Conversion layer

Light scattering

Résumé

Ce travail est consacré à l’étude du comportement photochimique d’un encapsulant multifonctionnel de cellules photovoltaïques organiques (CPO) dont la finalité est d’augmenter à la fois la durée de vie et le rendement de conversion des cellules. L’étude rapportée dans ce manuscrit porte sur le développement d’un revêtement permettant la conversion lumineuse du rayonnement UV solaire, ce dernier étant un facteur important de dégradation des CPO à base de P3HT et ne contribuant que faiblement à la conversion photovoltaïque. Dans un premier temps cette étude a porté sur l’élaboration d’une couche de conversion à partir d’une matrice polymère en EVA et d’une charge luminescente inorganique (SrAl2O4 : Eu2+, Dy3+). Dans un second temps, l’évolution des propriétés physiques et chimiques de cette couche de conversion sous irradiation à des longueurs d’onde supérieures à 300 nm a été étudiée. La présence des charges s’est révélée être un facteur pro-dégradant des films composites, sans pour autant que le mécanisme de dégradation du polymère ne soit affecté. L’étude des conditions de propagation de la lumière dans les films diffusants par l’application de la théorie de Mie a mis en évidence une possible augmentation du trajet optique des photons dans certains films composites. Ce phénomène pourrait contribuer à expliquer l’origine du comportement photochimique particulier des films étudiés. C’est finalement une preuve de concept qui a été recherchée pour l’utilisation d’un revêtement multifonctionnel pour l’amélioration et la conservation des propriétés de conversion d’une CPO à base de P3HT.

This work is devoted to the study of the photochemical behavior of a multifunctional coating dedicated to the encapsulation of organic solar cells (OSC), elaborated with the aim of improving both the lifetime of the cells and their efficiency. The study reported in this manuscript focuses on the development of a coating allowing the conversion of UV sunlight, this last greatly damaging P3HT based OSC and poorly contributing to the photovoltaic conversion. A composite film was then elaborated by incorporating an inorganic luminescent filler (SrAl2O4 : Eu2+, Dy3+) in Ethyl Vinyl Acetate copolymer (EVA). The modifications of chemical and physical properties of these films were investigated upon irradiation using wavelengths beyond 300 nm. The presence of fillers was revealed to be a pro-degrading factor of the composite films, without existence of any change of the degradation mechanism of the polymer. The propagation of light within these films was carefully investigated by applying Mie theory. The results highlight a possible increase of the light optical path in composite films due to scattering. This phenomenon might contribute to explain the photochemical behavior of the studied films. At last, a proof of concept was searched for the design of multifunctional coatings able to increase and preserve the conversion properties of a P3HT based OSC.