Utilisation de diverses électrodes conductrices comme anode des cellules photovoltaïques organiques, optimisation de l’interface à l’aide des couches tampons

par Mohammed Makha

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-christian Bernede et de Mohammed Addou.

Thèses en préparation à Angers en cotutelle avec l'Ibn Tofail , dans le cadre de Matière, Molécules, Matériaux en Pays de la Loire , en partenariat avec 4 - Moltech Anjou (Institut des Sciences et Technologies Moléculaires d'Angers) (equipe de recherche) et de Ibn Tofail (Etablissement d'accueil) depuis le 13-12-2010 .


  • Résumé

    Notre travail consiste en l’utilisation de couches tampons anodiques pour l’amélioration des performances des cellules photovoltaïques organiques à base de petites molécules telles que les phtalocyanine, Oligothiophene et triphénylamine. L’utilisation d’une couche de 3 nm d’oxyde de molybdène à l’interface entre l’oxyde d’indium dopé étain ITO, utilisé comme anode, et les différents donneurs d’électrons, permet l’augmentation de l’efficacité de collection des charges, et par conséquent, l’amélioration des performances des cellules. Lorsqu’une couche de 3 nm de CuI est utilisée comme couche tampon, celle-ci permet l’augmentation de la conductivité des couches organiques, ce qui permet d’améliorer la densité de courant de court circuit Jsc. Lorsqu’une double couche tampon MoO3/CuI est utilisée pour optimiser l’interface ITO/donneurs d’électrons, de meilleurs résultats sont obtenus quelque soit le donneur d’électrons utilisé, ce qui peut être expliqué par la double fonction de cette couche, le MoO3 assure une collection des charges efficace, et le CuI améliore la Jsc grâce a son effet sur le mode de croissance des couches organiques. Après avoir validé l’applicabilité de ces couches tampons avec l’ITO, d’autres électrodes conductrices et transparentes tel que l’oxyde de Zinc dopé aluminium, AZO, déposé par pulvérisation et l’oxyde d’indium dopé étain FTO commercial, ainsi que les anodes multicouches de structures MoO3/Ag/MoO3 déposées sur le verre et le PET (polyéthylène téréphtalate) ont été utilisées comme anode des cellules photovoltaïques organiques. Nous avons montré que ces électrodes peuvent être une bonne alternative permettant de remplacer l’ITO, surtout, après optimisation de leurs interface avec le CuPc, utilisé comme donneur d’électron, par les couches tampons MoO3, CuI et MoO3/CuI.


  • Résumé

    The aim of our work was the use of anode buffer layers to improve the performances of organic solar cells based on small molecules such as phtalocyanine, Oligothiophene and triphenylamine. The use of a 3 nm thick layer of molybdenum oxide at the interface between the tin-doped indium oxide ITO, used as anode, and the different electron donors allows the increase of charge collection efficiency, therefore, the efficiency of the cells. When a layer of CuI thick of 3 nm is used as buffer layer, it allows to an increase of the conductivity of the organic layers, which consequently improves the density of the short circuit current Jsc. When a double buffer layer MoO3/CuI is used to optimize the interface ITO/electron donors, best results are obtained irrespective of the used electron donor, which can be explained by the double function of these layers, MoO3 which provides a very good charge collection, and CuI which improves Jsc thanks to its effect on the growth mode of the organic layers. After validating the applicability of these buffer layers with ITO and the different electron donors, other conductive and transparent electrodes such as sputtered aluminum-doped zinc oxide AZO and tin doped indium oxide FTO, as well as multilayer structures MoO3/Ag/MoO3 anodes deposited on the glass and PET (polyethylene terephthalate), were used as anode of the organic photovoltaic cells. We have shown that these electrodes can be a good alternative to replace ITO, especially after optimizing their interface with the CuPc used as electron donor using MoO3, CuI and MoO3/CuI buffer layers.