Encapsulation couche mince des dispositifs photovoltaïquesorganiques

par Vincent Broha

Thèse de doctorat en Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Stéphane Cros et de Solenn Berson.

Le président du jury était Frédéric Chaput.

Le jury était composé de Samuel Devisme, Émilie Planès.

Les rapporteurs étaient Bernard Ratier, Éliane Espuche.


  • Résumé

    L’oxygène et l’eau présents dans l’atmosphère sont des acteurs important dans la dégradationdes matériaux contenus dans les dispositifs opto-électroniques organiques. Dans le but d’améliorerla stabilité et la durée de vie de ces dispositifs, ces dispositifs sont encapsulés avec desmatériaux barrière aux gaz par lamination ou par l’utilisation de couches minces. Cette dernière,notamment utilisée pour les OLED, permet de fournir des barrières aux gaz performantes parle dépôt de couches inorganiques denses directement sur les dispositifs. Cependant, elles sontassujetties aux défauts des surfaces sur lesquelles elle sont déposées.L’objectif de ces travaux est de développer une couche de planarisation afin d’homogénéiserla surface des dispositifs photovoltaïques organiques (OPV) et de réduire la rugosité dans lebut d’obtenir une protection barrières aux gaz améliorée, conférée par le dépôt subséquent decouches denses inorganiques selon divers moyens (voie liquide et gazeuse).Dans un premier temps, des couches de planarisation ont été développées à partir de 6 copolymèresp(VDF-HFP). Ces derniers ont été caractérisés afin d’améliorer nos connaissances sur cesmatériaux.Grâce à une étude de solubilité, des encres à différentes concentrations dans l’acétate d’éthyleont été réalisées. Ces dernières ont été étudiées par des mesures rhéologiques et de tension desurface permettant de mieux appréhender leur étalement, et les états de surface obtenus sur dessubstrats PET et sur les dispositifs OPV. Ces recherches ont été complétées par un contrôlede la topographie et par conséquent de la planarisation des dispositifs OPV par microscopieconfocale.Pour finir, l’étude des performances barrière des structures d’encapsulations hybrides (organiqueinorganique)ont dévoilé une bonne compatibilité lorsque la rugosité de la couche de planarisationest très faible. Ces résultats sont confirmés par des mesures barrières aux gaz et des tests devieillissement accélérés des dispositifs OPV encapsulés en enceinte climatique qui permettentd’illustrer l’intérêt de l’encre planarisante développée.Ce travail a été réalisé au laboratoire LMPO au CEA/LITEN en collaboration avec l’industrielArkema dans le but de fournir des technologies d’encapsulations performantes.

  • Titre traduit

    Thin film encapsulation of organic photovoltaic devices


  • Résumé

    Oxygen and water present in the atmosphere are important actors of the degradation of materialscontained in optoelectronic devices. In order to increase the stability and the lifetime ofOPV, the devices are encapsulated with gas-barrier materials by lamination encapsulation orthin film encapsulation. These latter, espacially used in OLED technology, provides high performancegas barriers by depositing dense inorganic layers directly onto the devices. However,they are subject to the defects of the surfaces on which they are deposited.The purpose of this study is to develop a planarinzing layer in order to homogenize the surfaceof organic photovoltaic devices (OPV) and to reduce the roughness with the aim to obtain animproved gas barrier protection, conferred by the subsequent deposition of dense inorganic layersby various ways (liquid and gaseous routes).In a first step, the planarization layers were developed from six p(VDF-HFP) co-polymers. Thesehave been characterized to improve our knowledge on those materials.Through a solubility study, inks at different concentrations in ethyl acetate were made. Thelatter were studied by rheological measurements and surface tension to understand better theirspread, and the surface conditions obtained on PET substrates and OPV devices. Those researchswere completed with a topography control and consequently the planarization of OPVdevices by confocal microscopy.Finally, the study of the barrier performance of hybrid encapsulation structures (organic-inorganic)revealed a good compatibility when the rugosity of the planarization layer is very low. Theseresults are confirmed by permeation measurements and accelerated aging tests of OPV devicesencapsulated in climatic chambers that illustrate the interest of the planarized ink developed.This work has been performed in the LMPO Laboratory at CEA/LITEN in collaboration withthe chemical company Arkema in order to be able to provide performant encapsulation technologies.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible sur intranet à partir du 31-01-2022

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