Electrode transparente en nanofils d’argent : intégration dans les cellules et modules photovoltaïques organiques sur substrat souple

Silver nanowire transparent electrode : integration in organic photovoltaic cells and modules on a flexible substrate

• Auteur / Autrice : Gildas Laurans
• Direction : Laurence Vignau, Pascal Tardy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 30/06/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Jean Dijon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mona Tréguer-Delapierre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bernard Ratier, Philippe Torchio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules solaires organiques

Nanofils d'argent

Électrodes transparentes

Ablation laser (fabrication)

Films transparents conducteurs

Mots clés libres

Photovoltaïque organique

Électrode transparente

Nanofils d’argent

Dépôt par voie liquide

Modules photovoltaïques

Ablation laser

Organic photovoltaic cells

Transparent electrode

Silver nanowires

Solution-processing

Photovoltaic modules

Laser ablation

Résumé

Une cellule photovoltaïque organique (OPV) consiste en un empilement de couches minces et comporte une électrode transparente, constituée le plus souvent par une couche mince d’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO). Des matériaux alternatifs sans indium, déposables par voie liquide à l’air ambiant, et sur de grandes surfaces souples plus adaptées à la filière OPV, sont actuellement l’objet d’un grand nombre de recherches. Les nanofils d’argent (Ag NWs) représentent un sérieux candidat pour remplacer l’ITO et sont l’objet de ce travail de thèse. Une méthode de dépôt des Ag NWs par spray à air sur des substrats de PET a été développée en vue de réaliser des films conducteurs et transparents sur une grande surface souple. Puis ces électrodes transparentes ont été intégrées dans des cellules OPV sur substrat souple avec des rendements comparables à l’ITO. Les dépôts par voie liquide ont été privilégiés (spray-coating, Dr Blade), excepté pour l’électrode supérieure en argent, évaporée sous vide. Enfin les cellules ont été interconnectées en série pour former un module OPV, plus efficace en termes de puissance électrique délivrée. Une étude sur l’ablation sélective de couches de l’empilement OPV par laser est également présentée pour la fabrication de modules.

An organic photovoltaic (OPV) cell consists of a thin-layer stack which includes a transparent electrode, usually made of indium tin-doped oxide (ITO). Alternative, indium-free materials, deposited in air with a wet deposition process on large, flexible substrates that are more compatible with the OPV field are currently widely investigated. Silver nanowires (Ag NWs), which represent a serious candidate to replace ITO, are the subject of this thesis. In this work a method to deposit Ag NWs on PET substrates by air spray-coating has been developed : efficient patterned conductive and transparent coatings could be processed on a large, flexible substrate. This transparent electrode was then integrated in flexible and large area OPV cells, with efficiencies comparable to ITO. Wet deposition techniques were preferred except for the silver top electrode, evaporated under vacuum. OPV cells were eventually interconnected in series in order to make an OPV module, delivering a higher electrical output. A study on selective laser ablation of layers in the OPV stack is also shown towards module processing.