Characterization of columnar liquid crystals and plasmonic effects for organic solar cells application

par Sedigheh Mirzaei

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Guy Ablart et de Pascale Jolinat.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .

  • Titre traduit

    Caractérisation de cristaux liquides colonnaires et d'effets plasmoniques pour une application aux cellules solaires organiques


  • Résumé

    Le thème général de cette thèse est le photovoltaïque organique. Elle se compose de deux parties. La mobilité électrique est d'abord mesurée dans un nouveau composé qui montre une phase cristal liquide (CL) colonnaire à température ambiante. Ce CL, dont le nom abrégé est Pe4C8EH, est constitué de molécules discotiques avec des chaînes flexibles connectées aux cœurs aromatiques. On a montré que Pe4C8EH avait une propriété de semiconducteur directionnelle. Les valeurs de mobilité mesurées sont 2,8 10-4 cm2/V. S et 8,5 10-5 cm2/V. S dans les directions parallèle et perpendiculaire aux colonnes, respectivement. Cette propriété est intéressante pour des applications aux cellules solaires et aux transistors. L'accroissement de la mobilité est attribué au recouvrement des orbitales p le long des colonnes. Dans la deuxième partie, l'effet de nanoparticules sphériques d'or (AuNPs) sur le rendement de cellules solaires P3HT: PCBM a été étudié par l'adsorption de AuNPs de diamètre 30nm sur la surface de l'électrode en oxyde d'indium et d'étain (ITO). Les nanoparticules métalliques peuvent améliorer le rendement d'absorption d'une cellule à la fois par la diffusion et l'absorption de la lumière incidente à une fréquence particulière appelée résonance plasmonique de surface (SPR). La SPR dépend du métal, de la taille et de la forme des nanoparticules. Notre recherche a montré que l'effet positif des AuNPs sur le rendement de la cellule solaire dépendait de leur concentration en surface. Une haute concentration d'AuNPs (215/µm2) annihile pratiquement le photocourant généré par la cellule, tandis qu'une faible concentration (8/µm2) a un effet positif sur le rendement de la cellule.


  • Résumé

    The general theme of this thesis is organic photovoltaics. In more details it consists of two parts: Measuring the electrical mobility in a new compound showing liquid crystalline (LC) phase at room temperature. This LC whose abbreviated name is Pe4C8EH, is made up of disc-like molecules with flexible chains connected to the disc core. When disc-like cores pile-up upon each other, they form columns. We showed that along these columns the mobility of charge is enhanced, meaning that Pe4C8EH shows directional semiconducting properties. Measured values of mobility are 2. 8 10-4 cm2/V. S and 8. 5 10-5 cm2/V. S in the direction parallel and perpendicular to the columns, respectively. This property is interesting for solar cell and transistor applications. Mobility enhancement is attributed to the p-orbital overlapping along the columns. In the second part, the effect of 30nm spherical gold nanoparticles (AuNPs) on the efficiency of P3HT:PCBM solar cells was studied by adsorbing them on the surface of Indium Tin Oxide (ITO) electrode. Metallic nanoparticles can enhance the absorption efficiency of a cell by both scattering and absorption of the incident light at a special frequency, which is called Surface Plasmon Resonance (SPR). SPR depends on the metal, size and shape of nanoparticles. Our investigation showed that the positive effect of AuNPs on the efficiency of solar cells depends on their surface concentration. High concentration (215/µm2) of AuNPs almost suppresses the photocurrent generated by the solar cell while low concentration (8/µm2) has a positive effect on the efficiency of the cell.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 124-137

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0093
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