Réalisation et caractérisation de cellules solaires organiques à couches composites polymères incluant des nanotubes de carbones

par Roshanak Radbeh

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences et optoélectronique

Sous la direction de Bernard Ratier.

Soutenue en 2008

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    L'objectif de ce travail est de remplacer, dans les composites polymères-fullerène actuellement étudiés en tant que couche active de cellules photovoltaïques organiques, les C60 par des nanotubes de carbone (NTC): du fait de leur forme et de leurs propriétés électroniques, on peut les utiliser comme accepteur d’électrons, comme le C60, et assurer de plus un meilleur transport des charges photogénérées vers les électrodes. Afin d’optimiser ce transport, une orientation des NTC dans le composite polymère-NTC (P3HT-NTC) perpendiculairement aux électrodes, par application d’un champ électrique, a été développée dans des dispositifs à électrodes interdigitées. L’observation par microscopie électronique révèle que cette orientation dépend des caractéristiques électriques du champ: amplitude, fréquence et forme du signal. La technique d’orientation a été ensuite transposée dans le cas de structures sandwich typiques des cellules solaires organiques, par application du champ électrique pendant une étape de recuit à température voisine de la transition vitreuse de la matrice polymère. Une augmentation du rendement des cellules solaires organiques a pu être notée dans le cas de l’application d’un champ continu. Une formulation originale des solutions composites, P3HT-PCBM et P3HT-NTC-PCBM, nous a conduit à obtenir des rendements de conversion photovoltaïque à l’état de l’art.

  • Titre traduit

    Realization and characterization of carbon nanotubes-polymer organic solar cells


  • Résumé

    The objective of this work is to replace C60 by carbon nanotubes in the fullerenepolymer composites which are currently studied as the active layer in organic solar cells. Considering the shape and the electronic properties of carbon nanotubes, they can be used as electron acceptor materials, such as C60, in solar cells in order to provide better transport of photogenerated charges into the electrodes. To optimize this transportation, nanotube orientation, in the composite, perpendicular to the electrodes was studied. The orientation of nanotubes in a polymer-nanotube (P3HT-NTC) composite was developed by applying an electric field on a planar structure device with interdigited electrodes. The observation by electron microscopy reveals an actual nanotube direction perpendicular to the electrodes, in conditions which depend on electrical characteristics of the field: amplitude, frequency and shape of the signal. Then, the orientation method was transposed to the organic solar cells with sandwich structure by applying the electric field on the electrodes during an annealing temperature near the glass transition of the polymer matrix. A significant increase in the efficiency of organic solar cells can be noted by applying a continuous field. We have obtained an original formulation of the P3HT-PCBM and P3HT-NTC-PCBM composites that led us to obtain PV conversion efficiencies to the state of the art.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 153 - 170

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
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