Physics and models of plastic solar cells

• Auteur / Autrice : Ajay K. Pandey
• Direction : Jean-Michel Nunzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Angers
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des propriétés optiques des matériaux et applications (UMR CNRS 6136 ; Université d'Angers)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Complexes donneur-accepteur d'électrons

Excitons

Diodes électroluminescentes organiques

Résumé

Cette thèse discute le fonctionnement et les mécanismes mis en oeuvre dans les cellules solaires en plastique, composées de différents donneurs et accepteurs et dont l'architecture est décrite par hétérojonction/volume-hétérojonction. Une attention particulière a été portée à l'étude les conditions nécessaires pour la fabrication de cellules solaires à fort rendement, ceci de manière à aider au développement de compositions en donneur-accepteur nouvelles et plus efficaces. Une nouvelle classe de dispositifs photovoltaïques a été préparée et leurs rendements électriques ont été caractérisés. Les résultats expérimentaux obtenus avec ces dispositifs permettent une meilleure compréhension des phénomènes de génération et de dissociation d'excitons dans les cellules solaires organiques. Pour la première fois, le rubrene, un matériau organique, semiconducteur et fortement luminescent a été utilisé en tant que donneur dans l'architecture de systèmes organiques. Celui-ci nous a permis de fabriquer un appareil offrant 2 modes de fonctionnement intégrés et qui reposent sur l'utilisation respective de des propriétés photovoltaïques (PV) et électroluminescentes (EL) du rubrene. Un des résultats les plus importants a été obtenu lors de l'application de tensions extrêmement basses (< 1V) exigées pour l'émission de lumière d'un tel dispositif. Ce mode de fonctionnement est décrit comme un processus de conversion vers de plus hautes énergies (up-conversion), un phénomène rarement observé dans les hétérojonctions organiques.

This thesis discusses the operation and mechanisms of plastic solar cells made up using heterojunction/bulk-heterojunction of different donors and acceptors. Main emphasis is to highlight and address the forefront requirements for realization of efficient solar cells that would help develop new efficient donor-acceptor compositions. New class of efficient photovoltaic devices are prepared and electrically characterized. The results from these devices provide a better understanding of the exciton generation and dissociation phenomenon in organic solar cells. For the first time, highly luminescent organic semiconductor material rubrene is used as a donor in solar cell architecture, resulting in formation of an organic dual function device with photovoltaic (PV) and electroluminescence (EL) behavior integrated. The intriguing operation of extremely low voltage (< 1V) required for light emission from such dual function device is described as an energy up-conversion process; a phenomenon rarely observed in organic heterojunctions.