Stabilisation de dispositifs photovoltaïques organiques par réseaux semi-interpénétrés de polymères

Stabilization of organic photovoltaïc cells by semi-interpenetrating polymer networks

• Auteur / Autrice : Sarah Taleb Dehkordi
• Direction : Fabrice Goubard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Cergy
• Date : Soutenance le 20/01/2015
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physico-chimie des polymères et des interfaces (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) - Laboratoire de Physico-chimie des Polymères et des Interfaces / LPPI
• Jury : Président / Présidente : Agnès Rivaton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Goubard, Johann Bouclé, Frédéric Vidal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Reynaud, François Tran-Van

Mots clés

Mots clés libres

Photovoltaique

Organique

Polymères

Stabilité

Photovoltaic

Organic

Polymers

Stability

Résumé

Le travail présenté dans cette thèse concerne l'amélioration de la stabilité de cellules photovoltaïques organiques à base de poly(3-hexylthiophène) : [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle (P3HT:PCBM) par des réseaux semi-interpénétrés de polymères (semi-RIP).La couche photoactive d'une cellule solaire organique forme une hétérojonction volumique entre un matériau donneur et un matériau accepteur d'électrons. Pour un effet photovoltaïque performant, sa morphologie doit non seulement être optimisée mais également être conservée et éviter ainsi une micro-séparation de phase thermodynamiquement favorable entre les deux matériaux qui serait néfaste aux performances photovoltaïques du dispositif.De plus, la couche tampon de poly(3,4-éthylène dioxythiophène) : polystyrène sulfonate (PEDOT:PSS) possède une acidité néfaste pour l'anode à base d'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Ceci représente un autre facteur de dégradation des cellules photovoltaïques.Dans le cadre de nos travaux, nous avons choisi d'utiliser une structure de référence (ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al) auquel nous proposons des modifications par formation de semi-RIP au niveau de la couche de PEDOT:PSS ou au niveau de la couche photoactive (P3HT:PCBM).Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la formation d'un semi-RIP dans la couche de PEDOT:PSS grâce un réseau de polyoxyde d'éthylène (POE). Enfin dans un second temps, l'étude de semi-RIP à base de polyméthacrylate (de butyle ou de lauryle) dans la couche active pour l'amélioration de la durée de vie des dispositifs a été réalisée. Au cours de ces travaux, des analyses de dégradation photochimique, de dégradation thermique ou encore de vieillissement dans des conditions de température ambiante ont montré une amélioration de la durée de vie des dispositifs.

This thesis relates to improving the stability of organic photovoltaic solar cells based on poly(3-hexylthiophene):phenyl-C61-butyric acid methyl ester (P3HT:PCBM) by semi-interpenetrating polymer networks (semi-IPN).The photoactive layer of an organic solar cell forms a bulk heterojunction between a donor material and an electron acceptor material. For efficient photovoltaic effect, morphology should not only be optimized but also be maintained in order to avoid a micro-phase separation thermodynamically favorable between the two materials that would be detrimental to the photovoltaic device performance.Moreover, an other factor of degradation of the photovoltaic cells may be the acidity of the buffer layer of poly (3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS) to the anode based on indium and tin oxide (ITO).In the framework of our study, a reference structure (ITO/PEDOT: PSS/P3HT:PCBM/Al) was chosen and modified by forming semi-IPN in the layer of PEDOT:PSS or in the active layer (P3HT: PCBM).At first, the formation of a semi-IPN in the layer of PEDOT: PSS through a network of polyethylene oxide (PEO) was developed. Finally, in a second time, the study of semi-IPN based on polymethacrylate (butyl or lauryl) in the active layer to improve the lifetime of the devices was carried out. In this research, analyzes of photochemical degradation, thermal degradation or aging under conditions of room temperature showed an improvement of the devices lifetime.