Etude du photovieillissement de matériaux nanocomposites pour l'encapsulation de cellules solaires organiques

• Auteur / Autrice : Julien Gaume
• Direction : Sandrine Thérias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-Physique
• Date : Soutenance le 04/11/2011
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Photochimie Moléculaire et Macromoléculaire
• Jury : Président / Présidente : Nicole Albérola
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Gérard, Xavier Allonas, Fabrice Leroux, Jean-Luc Gardette, Stéphane Cros, Agnès Rivaton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Gérard, Xavier Allonas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alcool polyvinylique

Stabilité

Matériaux hybrides

Mots clés libres

PVA

Argile

Nanocomposite

Photodégradation

Encapsulation

Cellule solaire organique

PVA

Clay

Nanocomposite

Photodegradation

Encapsulation

Organic solar cell

Résumé

Ce travail est consacré à l‟étude de la stabilité photochimique de nanocomposites polymère / argile en vue de leur insertion dans un système multicouche organique / inorganique pour l‟encapsulation des cellules solaires organiques. L‟objectif est d‟obtenir des films de nanocomposites polymère / argile flexibles, transparents, pouvant être mis en oeuvre par voie liquide, et photochimiquement stables. Dans une première partie, la caractérisation de nanocomposites à base d‟alcool polyvinylique (PVA) a montré leur aptitude à être insérés dans un système multicouche, notamment en ce qui concerne les propriétés barrière aux gaz. L‟étude du comportement photochimique du PVA basée sur l‟identification des produits de dégradation a permis de proposer un mécanisme de photooxydation du PVA et de déterminer les effets du photovieillissement sur les propriétés du film (rugosité, perméabilité, transparence). L‟insertion de nanocharges lamellaires (Montmorillonite, Laponite ou Hydroxydes Doubles Lamellaires) dans le PVA induit des effets différents (prodégradant ou stabilisant) en fonction de la nature de l‟argile (naturelle ou synthétique). Cependant, lors d‟irradiations en absence d‟oxygène, le PVA et les nanocomposites PVA / argile sont très stables. Enfin, l‟encapsulation alternant couche inorganique SiOx et couche organique PVA ou nanocomposite PVA / argile, permet d‟atteindre les niveaux de perméation requis pour les cellules solaires organiques pour des applications nomades.

This work was devoted to the study of the photochemical behavior of polymer / clay nanocomposites with the aim to use these nanocomposites in a multilayer organic / inorganic coating for organic solar cells encapsulation. The goal of this work was to obtain polymer / clay nanocomposite films that are flexible, transparent, which can be processed by solution, and that are photochemically stable. In the first part, the characterization of nanocomposites based on polyvinyl alcohol (PVA) has shown their ability to be inserted into a multilayer system, particularly for gas barrier properties. The study of the photochemical behavior of PVA with the identification of photodegradation products allows us to propose a photooxidation mechanism of PVA and to determine the effects of photoageing on the film properties (roughness, permeability, transparency). The insertion of lamellar nanofillers (Montmorillonite, Laponite or Layered Double Hydroxide) in PVA induces different effects (prodegradant or stabilising) depending on the nature of the clay (natural or synthetic). However, in absence of oxygen, the PVA and PVA / clay nanocomposites are very photostable. Finally, encapsulation alternating inorganic SiOx layer and PVA or PVA / clay nanocomposite layer permits to obtain the permeability levels required for organic solar cells in niche markets (consumer electronics).