Cellules photovoltaïques organiques dérivées de nouveaux systèmes conjugués

par Rémi de Bettignies

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Michel Nunzi.

Soutenue en 2003

à Angers .


  • Résumé

    Les cellules photovoltaïques (PV) basées sur les semi-conducteurs organiques font l'objet de recherches motivées par la possibilité de réaliser des cellules solaires de grande surface, flexibles, légères et bon marché, en profitant de la grande processabilité des matériaux organiques. Face aux contraintes environnementales et à l'épuisement des ressources d'énergie fossile, le fort regain d'intérêt pour la conversion PV organique est en grande partie dûe à la formidable amélioration de l'efficacité de conversion de cellules solaires organiques accomplie ces dix dernières années. Dans une première partie de ce travail, nous avons élaboré un protocole expérimental fiable permettant l'évaluation de nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques donneurs et accepteurs en cellules solaires de type hétérojonction. La réalisation de cellules à base de phthalocyanine de cuivre (CuPc) et de C60, par ailleurs déjà décrites dans la littérature, nous a permis de valider un ensemble de protocoles d'élaboration et de caractérisation des cellules. Ces procédures ont été ensuite appliquées à l'évaluation d'une série d'accepteurs dérivés du pérylène dans des cellules comportant la CuPc comme donneur. Cette seconde étape nous a ainsi permis de sélectionner deux composés accepteurs modèles que nous avons utilisés pour la suite de ce travail. La troisième et dernière partie de ce travail a porté sur la réalisation d'hétérojonctions à base de nouveaux oligomères conjugués hybrides dérivés de trois structures de base : terthiophène, quaterthiophène et quinquethiophène. Tout d'abord, nous avons cherché à établir de premières corrélations entre la structure chimique des donneurs et certaines des caractéristiques électriques des cellules. Enfin, les acquis de cette étude systématique ont contribué à la conception et à la synthèse de nouveaux donneurs issus d'oligothiophènes à structure ramifiée à l'aide desquels nous avons pu réaliser des cellules de type hétérojonction qui figurent parmi les plus efficaces obtenues jusqu'à présent à partir d'oligo- et de polythiophènes.


  • Résumé

    Photovoltaic cells based on organic semi-conductors are a focus of increasing research effort motivated by the possibility to realize larfe area, light-weight and low-cost flexible solar cells taking advantage of the processability of organic materials. Besides environmental constraints and the predictable exhausting of fossil energy resources, the strong renewal of interest for organic PV conversion has been boosted by the large improvement of the conversion efficiency of organic solar cells accomplished in recent years. The first part of this work consisted in elaborating a reliable experimental protocol allowing the evaluation of new organic semiconducting materials donors and acceptors intended for the realization of solar cells of type heterojunction. The realization of cells based on copper phthalocyanin (CuPc) and of C60, besides already described in the literature, allowed us to validate a set of protocols of elaboration and characterization of the cells. These procedures were then applied to the evaluation of a series of acceptors derived of perylene in cells containing the CuPc as the donor. This second stage allowed us to select two compounds as model acceptors whom we used for the suite of this work. The third and last part of this work concerned the realization of heterojunctions base on new hybrid conjugated oligomeres derived of three basic structures : terthiophene, quaterthiophene and quinquethiophene. We've first tried to establish correlations between the chemical structure of the donors and some of the electric characteristics of the cells. Finally, the experiences of this systematic study contributed to the conception and to the synthesis of new star shaped oligothiophenes acting as donor, by means of whom we were able to realize solar cells which appear among the most effective obtained until now from oligo- and from polythiophenes.

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Informations

  • Détails : 108 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.107-108

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