Structure, morphology and performance relationships of organic photovoltaic devices : the block copolymer approach

par Dargie Hailu Deribew

Thèse de doctorat en Polymères

Sous la direction de Georges Hadziioannou.

Soutenue le 14-07-2013

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux) (laboratoire) et de Laboratoire de Chimie des polymères organiques / LCPO (laboratoire) .

Le jury était composé de Lionel Hirsch, Bernard Ratier, Laurence Vignau, Guillaume Fleury.

Les rapporteurs étaient Yvan Bonnassieux, Stergios Logothetidis.


  • Résumé

    Ce travail se focalise sur l’étude de cellules solaires organiques modèles basées sur le mélange de poly(3-hexylthiophène) (P3HT) et de l'ester méthylique de l'acide [6,6]-phényl C61 butyrique (PCBM). La corrélation entre la morphologie de la couche active, les paramètres de mises en œuvre et le rendement photovoltaïque a été soigneusement étudiée afin d’obtenir l’optimisation de l’efficacité de tels dispositifs. Une méthode originale pour contrôler la séparation de phases dans ces mélanges a été proposée et consiste à l'intégration de copolymères blocs comme additifs. Trois copolymères séquencés ont été utilisés en tant qu’agents de nanostructuration et/ou d'agents de nucléation. Il a notamment été montré que l'incorporation de P3HT-b-PI permet l'augmentation du nombre de cristallites de P3HT tout en limitant l’agglomération du PCBM. D'autre part, l'incorporation de P3HT-b-P4VP dans les mélanges de P3HT:PCBM a permis de contrôler l'orientation des cristallites de P3HT, améliorant par ce fait le transport de charge dans les dispositifs.


  • Résumé

    This work investigates organic solar cells made of a blend of polymeric materials based on poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) as model system. The correlation between the photovoltaic active layer morphology and the performance of the organic solar cell is thoroughly investigated. The chosen method for controlling phase separation in the polymeric blends is to incorporate block copolymers as additives. Three systematically selected block copolymers were used as nanostructuring and/or nucleating agents. Indeed, the incorporation of P3HT-b-PI induces the increase in the number of P3HT crystallites as well as suppresses the growth of PCBM aggregates. On the other hand, the incorporation of P3HT-b-P4VP into P3HT:PCBM decreases the crystallization of P3HT but increases its face-on orientation, a requirement for an enhanced charge transport in organic PV devices.


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