Élaboration et caractérisation de cellules photovoltaïques à base de polymères semiconducteurs

par Rony Bechara

Thèse de doctorat en Électronique, Microélectronique, Optoélectronique

Sous la direction de Thomas Heiser et de Georges Hadziioannou.

Soutenue en 2009

à Strasbourg .


  • Résumé

    Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit est axé sur la mise en œuvre et la caractérisation de cellules solaires de type hétérojonction à réseaux interpénétrés en utilisant comme matériau actif des polymères semiconducteurs, en vue d’une amélioration de la morphologie et de la stabilité thermodynamique de la couche active d’une part et des propriétés d’absorption d’autre part. Pour ce faire, la première partie a consisté à élaborer un protocole expérimental fiable permettant ultérieurement l’évaluation des polymères conçus et synthétisé par notre équipe. Cette première étape nous a amené à réaliser des cellules de références à base de rr-P3HT et du [60]PCBM. Suite aux excellents résultats obtenus sur ce type de cellules, la procédure d’élaboration et de caractérisation de dispositifs photovoltaïques organiques a été validée. Dans la deuxième partie, l’accent sera mis sur l’évaluation, du point du vue performances du dispositif, de deux nouvelles approches macromoléculaires destinées à améliorer le contrôle de la morphologie de la couche active : 1)l’utilisation du DHPT3 (copolymère alterné), en tant que centre de nucléation pour la cristallisation du rr-P3HT au sein des cellules de références. 2)l’utilisation du P3HT-PBA-C60 (copolymères diblocs « bâtonnet-pelote »), en tant que tensioactif dans les mélanges de P3HT/PCBM. La dernière partie de ce travail porte sur l’étude photophysique, électrochimique et électronique d’un copolymère à faible bande interdite, le PTBzT2-C12. Ce matériau est destiné à remplacer le rr-P3HT dans les cellules solaires classiques à base de P3HT/PCBM dont le spectre d’absorption ne couvre que très partiellement la lumière du spectre solaire.

  • Titre traduit

    Elaboration and characterization of semiconducting polymer solar cells


  • Résumé

    This work reports on the elaboration and characterization of bulk heterojunction (BHJ) solar cells based on novel semiconducting photoactive polymers in aim of improving morphology, thermodynamic stability and absorption of the BHJ active layer. In the first section of this work, P3HT/PCBM standard photovoltaic devices was processed and characterized in order to develop an efficient process for organic solar cells production and optoelectronic characterization. The reliability of our experimental protocol was supported by the excellent results achieved on these standard devices. In the second section, two original macromolecule approaches were investigated in view of controlling the active layer morphology of the P3HT/PCBM BHJ solar cells:1)The DHPT3 (alternating copolymer), used as nucleating agent for rr-P3HT crystallization. 2)The P3HT-PBA-C60 (Rod-coil block copolymers, using a rod block based on P3HT and C60 grafted PBA coil block), used in a first attempt, as a surfactant in P3HT/PCBM composite. The third section reports on a photophysical, electrochemical and electronic study of a new low band gap alternating copolymer (PTBzT²-C12). This material has interesting optoelectronic properties and can be a good alternative for rr-P3HT in standard BHJ photovoltaic devices. The copolymers (DHPT3, P3HT-PBA-C60 and PTBzT2-C12) design and synthesis was carried out by our scientific team.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2009;0049
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