Dissertations / Theses: 'Cellules solaires organiques – Surfaces'

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Schirr-Bonnans, Martin. "Fonctionnalisation de surfaces et d'interfaces dans les cellules solaires organiques imprimées." Limoges, 2014. http://www.theses.fr/2014LIMO4005.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre l'entreprise DISASOLAR et l'Université de Limoges pour développer un savoir-faire dans l'impression de cellules photovoltaïques organiques sur substrats plastiques. Les cellules organiques à l'architecture classique présentent certaines limitations en termes de durée de vie. Elles sont liées à la fois à la structure en elle-même et aux matériaux utilisés, en particulier au PEDOT:PSS. Le premier objectif est de remplacer ce polymère d'interface par des oxydes métalliques tels que les oxydes de Tungstène, de Vanadium ou de Molybdène. Ils sont d'abord testés en cellule par évaporation pour être ensuite intégrés via un dépôt par voie liquide (sol-gel ou dispersion de nanoparticules) pour préparer leur impression. Le second objectif est d'adapter chaque étape du procédé d'élaboration des cellules pour les rendre compatibles avec un substrat plastique. Pour améliorer la robustesse du procédé et la stabilité des cellules, nous introduisons la structure inversée. Cependant, les cellules sur plastique conservent des performances plus faibles que leur équivalent sur verre. Pour palier cela, nous portons notre regard vers l'intégration de couches dipolaires dans le but d'améliorer les transferts de charges entre les différents matériaux. En choisissant judicieusement le sens et l'intensité du moment dipolaire d'une molécule greffée, nous améliorons jusqu'à 25 % le rendement de conversion de nos cellules sur plastique
This work is part of a partnership between the company DISASOLAR and the University of Limoges (whose common goal is to develop. . . ) in the development of a know-how in the printing of organic photovoltaic solar cells on plastic substrates. Organic solar cells with a classic structure show certain life-time limitations due to the structure itselfs as well as to the materials used, in particular PEDOT:PSS. Thus, the first goal is to replace this interfacial polymer with metallic oxides like Tungsten, Vanadium or Molybdenum oxides. In order to do so, they are tested in cells by evaporation before being integrated via a liquid coating (sol-gel or nanoparticles dispersion) to prepare for their printing. The second goal is to adapt each step of the production process to make them compatible with a plastic substrate. To improve the reliability of the process and the cell's stability, we introduce the inverted structure. However, the performance of solar cells on plastic subtrates remains weaker than their counterparts on glass substrates. To reduce this difference, we look to the integration of dipolar layer in order to improve the charge transfer between the different materials. By carefully choosing the direction and the intensity of the grafted molecule's dipolar momentum we increase the power conversion efficiency of our solar cells on plastic substrates by up to 25%

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Monestier, Florent. "Amélioration de l'absorption photonique dans les cellules photovoltaïques organiques." Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00321670.

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Abstract:

Le rendement de conversion photoélectrique des cellules photovoltaïques organiques est encore trop faible pour envisager leur production à l'échelle industrielle. La solution proposée dans le cadre de ce travail est l'amélioration du rendement d'absorption des photons dans les couches photoactives. La première partie de ce travail à concerné le développement d'un logiciel de modélisation et d'optimisation des cellules photovoltaïques organiques. Basé sur le calcul de la répartition du champ électromagnétique dans l'épaisseur de la cellule, cet outil permet d'optimiser l'ensemble des épaisseurs des couches d'une cellule classique (bicouche ou mélange) ou des cellules plus complexes (cellules tandem).
Puis nous avons relié les propriétés optiques des cellules organiques à leurs propriétés électriques en calculant les densités de courant de court circuit. La validation de nos modélisations a ensuite été réalisée par comparaison avec les résultats expérimentaux sur des cellules composées d'hétérojonctions bicouches ou de volume et pour différents couples donneur-accepteur (P3HT:PCBM, CuPc/C60 ou pentacène:pérylène). Dans la dernière partie de ce travail nous avons abordé l'étude de l'exaltation locale du champ électromagnétique via des effets de plasmons de surface. Pour cela, nous avons modélisé, réalisé et caractérisé des empilements de couches organiques, contenant des nanoparticules métalliques (or et argent), dans le but d'exalter localement le champ électromagnétique.

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Amelot, Dylan. "Etudes des propriétés d'interfaces pour les cellules solaires de nouvelle génération." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS321.

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Abstract:

Les cellules solaires émergentes consistent en l’empilement de couches minces de différents matériaux. Le rôle de ces couches est d’extraire et de transporter les charges libres qui sont générées par l’absorption du spectre solaire. L’ingénierie d’empilement de couches consiste à maximiser la séparation des charges et leur extraction vers les électrodes en limitant leur recombinaison. Les états de surface, L’alignement des niveaux d’énergie entre les matériaux et les potentiels aux interfaces dictent le comportement des charges photogénérées dans la cellule et sont responsables des performances des dispositifs. Mon travail de thèse explore les propriétés de différentes surfaces et interfaces présentent au sein des cellules solaires organiques et pérovskites. Dans une première étude, je mets en avant les propriétés d’une couche de transport d’électrons souvent utilisée dans les cellules solaires organiques et pérovskites, le dioxyde de titane, préparée à basse température et à l’interface avec des molécules organiques. Dans une seconde étude, je présente mes résultats concernant l’intégration de nanocristaux de pérovskites (PNC) de FAPbI3 dans les cellules solaires. La caractérisation des propriétés optoélectroniques des PNC et leur évolution aux interfaces avec une couche de transport d’électrons (TiO2) et de trous (MoO3) sont présentées. Des techniques de photoémission sont utilisées pour mettre en évidence les niveaux d’énergies et les propriétés électroniques des systèmes. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre le paysage énergétique et chimique aux interfaces entre ces matériaux et ainsi expliquer le comportement des charges dans ces cellules solaires
Next-generation solar cells consist of thin-films of different materials stacked-up. The purpose of those layers is to extract and transport free charge carriers generated by the absorption of the solar spectrum. Engineering layers in a solar cell consist in maximizing the separation of the charge carriers and their extraction towards electrodes, and limiting their recombination. Surface states, energy level alignement between materials and potential at interfaces dictate the behavior of photogenerated charge carriers in solar cells, which is responsible for the performance of devices. Properties of different surfaces and interfaces in organic and perovskite solar cells are explored in my thesis work. In a first study, I present the properties of an electron transport layer extensively used in organic and perovskite solar cells, titanium dioxyde, prepared at low temperature and at the interface with organic molecules. In a second study, I present my results regarding the integration of FAPbI3 perovskite nanocrystals (PNC) in solar cells. The characterization of optoelectronic properties of PNC and their evolution at the interfaces with an electron transport layer (TiO2) and hole transport layer (MoO3) are presented. Photoemission spectroscopy techniques are used to reveal the energy levels and electronic properties of the different systems. The different results obtained in this work allow for a better understanding of the energetic and chemical landscape at the interfaces between the mentionned materials, and thus explains the behavior of charge carriers in the associated cells

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Oukachmih, Mimoun. "Les cellules photovoltai͏̈ques à base de matériaux organiques discotiques." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30092.

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Plamont, Remi. "New syntheses of functional porphyrinoids." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4314.

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Abstract:

Ces travaux de thèse concernent la mise en place de nouvelles méthodologies de synthèse de porphyrines meso-substituées. Certaines porphyrines ont été synthétisées dans l’optique de réaliser des études d’assemblage sur surface, après post-fonctionnalisation ou non, dans le cadre de plusieurs collaborations internationales. D’autres porphyrines, en revanche, ont servi de modèles pour évaluer le potentiel d’application des nouvelles méthodologies proposées. Enfin, durant ces travaux, nous avons pu aussi mettre en œuvre une nouvelle méthodologie de synthèse permettant l’accès à des hexaphyrines meso substituées, avec des degrés de symétrie alors jamais décrits pour de tels composés. Le premier chapitre de ce manuscrit fait le point sur les caractéristiques, la caractérisation et la réactivité des porphyrines et des hexaphyrines. Le second chapitre propose quant à lui, après un état de l’art sur les méthodes de synthèse des macrocycles concernés, d’exposer les méthodologies de synthèse développées au cours de ces travaux pour les alkyle-porphyrines A4, puis une méthode non-scrambling appliquée à la synthèse de porphyrines de plus bas degré de symétrie, et enfin d’hexaphyrines. Le dernier chapitre fait état de l’utilisation de ces chromophores dans des procédés d’assemblage ainsi que leurs fonctionnalisations éventuelles pour l’intégration à ces procédés
This thesis focuses on the development of new meso-substituted porphyrin synthetic methodologies. Some porphyrins were synthesized from the perspective of assembly studies on surfaces after postfunctionalization or not, in the context of several international collaborations. Other porphyrins however served as a model to evaluate the application potential of the proposed new methodologies. Finally, during this work we could also implement a new synthetic methodology allowing access to hexaphyrines meso substituted with degrees of symmetry never described for such compounds.The first chapter of this manuscript reports on the properties, characterization and reactivity of porphyrins and hexaphyrines. The second chapter provides, after a state of the art description on methods of synthesis of macrocycles concerned, exposing synthetic methodologies developed in the heart of this work for alkyl porphyrins A4 then a non-scrambling method applied to porphyrins with lower symmetry degree and finally hexaphyrines. The last chapter refers to the use of these chromophores in assembly processes and their possible functionalization for integrating these processes

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Plamont, Remi. "New syntheses of functional porphyrinoids." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4314.

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Abstract:

Ces travaux de thèse concernent la mise en place de nouvelles méthodologies de synthèse de porphyrines meso-substituées. Certaines porphyrines ont été synthétisées dans l’optique de réaliser des études d’assemblage sur surface, après post-fonctionnalisation ou non, dans le cadre de plusieurs collaborations internationales. D’autres porphyrines, en revanche, ont servi de modèles pour évaluer le potentiel d’application des nouvelles méthodologies proposées. Enfin, durant ces travaux, nous avons pu aussi mettre en œuvre une nouvelle méthodologie de synthèse permettant l’accès à des hexaphyrines meso substituées, avec des degrés de symétrie alors jamais décrits pour de tels composés. Le premier chapitre de ce manuscrit fait le point sur les caractéristiques, la caractérisation et la réactivité des porphyrines et des hexaphyrines. Le second chapitre propose quant à lui, après un état de l’art sur les méthodes de synthèse des macrocycles concernés, d’exposer les méthodologies de synthèse développées au cours de ces travaux pour les alkyle-porphyrines A4, puis une méthode non-scrambling appliquée à la synthèse de porphyrines de plus bas degré de symétrie, et enfin d’hexaphyrines. Le dernier chapitre fait état de l’utilisation de ces chromophores dans des procédés d’assemblage ainsi que leurs fonctionnalisations éventuelles pour l’intégration à ces procédés
This thesis focuses on the development of new meso-substituted porphyrin synthetic methodologies. Some porphyrins were synthesized from the perspective of assembly studies on surfaces after postfunctionalization or not, in the context of several international collaborations. Other porphyrins however served as a model to evaluate the application potential of the proposed new methodologies. Finally, during this work we could also implement a new synthetic methodology allowing access to hexaphyrines meso substituted with degrees of symmetry never described for such compounds.The first chapter of this manuscript reports on the properties, characterization and reactivity of porphyrins and hexaphyrines. The second chapter provides, after a state of the art description on methods of synthesis of macrocycles concerned, exposing synthetic methodologies developed in the heart of this work for alkyl porphyrins A4 then a non-scrambling method applied to porphyrins with lower symmetry degree and finally hexaphyrines. The last chapter refers to the use of these chromophores in assembly processes and their possible functionalization for integrating these processes

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Szymanski, Robin. "Vers l’industrialisation des cellules solaires organiques ternaires." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0298.

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Abstract:

L’énergie solaire photovoltaïque organique (OPV) est une technologie émergente exempte de matériaux rares et à faibles coûts énergétiques de production. Ces modules, composés de plusieurs couches minces empilées, peuvent être souples, semi-transparents et de différentes formes et couleurs, permettant de les intégrer dans le paysage urbain ou aux objets du quotidien. A l’échelle laboratoire, les rendements de conversion énergétique reportés en OPV n’ont cessé de croitre d’année en année, grâce en particulier à l’émergence de nouvelles couches actives, classiquement composées de deux semi-conducteurs organiques, l’un donneur d’électrons, l’autre accepteur d’électrons (système binaire). Il a été montré qu’il est possible d’en ajouter un troisième pour former un mélange ternaire afin d’améliorer les performances tout en gardant les mêmes coûts de production. Le but de cette thèse est donc de comprendre l’impact du troisième composé et de développer des solutions innovantes tout en intégrant les contraintes liées à leur industrialisation. Dans un premier temps, des couches binaires à base des polymères DT-PDPP2T-TT et PTQ10 ont été mises au point en respectant ces contraintes. Leurs performances prometteuses ont servi de socle à l’étude des mélanges ternaires. Le premier raisonnement s’est basé sur l’augmentation de la densité de courant de court-circuit en ajoutant un composé présentant un spectre d’absorption solaire complémentaire. Cette démarche n’a pas été concluante car le facteur de forme diminuait fortement. Il a alors été décidé de se concentrer sur ce paramètre en ajoutant du PC61BM, accepteur à forte mobilité d’électrons. Cette stratégie a permis de porter les rendements de conversion jusqu’à 10.3% en conditions semi-industrielles avec un solvant non toxique et jusqu’à 14.7% avec un solvant halogéné. Cette amélioration a été attribuée à des changements morphologiques impactant le transport de charge. De plus, lorsque les accepteurs sont miscibles, la tension en circuit ouvert est proportionnelle au ratio entre les deux accepteurs. Une approche prédictive basée sur les énergies de surface a ensuite été menée pour mesurer la compatibilité des matériaux entre eux. Les dispositifs ternaires à base de PTQ10 : 4TIC-4F : PC61BM ont montré une meilleure photostabilité. Pour finir, une étude de pré-industrialisation s’est avérée concluante en vue d’essais à plus grande échelle
Organic photovoltaics (OPV) is a promising solar energy technology excluding the usage of rare elements and with low production costs. These multilayer OPV modules can be flexible, semi-transparent and with various colors enabling innovative usage in the urban landscape and on our everyday technological items. At lab scale, over the years, the power conversion efficiency of OPV cells grew up dramatically, especially thanks to the development of novel active layers, blends of two organic semiconductors, one electron donor and one electron acceptor (binary system). Recently, it has been shown that adding a third material in the active layer, forming a ternary blend, increases the performances. This strategy is of interest for the OPV industry by maintaining the low production costs of the modules. Therefore, this work aims to understand the role of this third component and to develop innovative active layers while respecting the industrial requirements for large-scale production. First, we focused on binary blends with PTQ10 and DT-PPDT2T-TT as polymeric donors. Promising efficiencies were achieved on these binary systems as a base for our ternary studies. We tried to increase the short circuit current by adding a third organic semiconductor with complementary light absorption. This approach was not successful because the fill factor dropped drastically. Thus, we focused on improving this parameter by adding the well-known fullerene acceptor PC61BM. This strategy enabled to increase the efficiency up to 10.3% in semi-industrial conditions with a non-toxic solvent and up to 14.7% in halogenated solvent. Morphological changes were responsible of charge transport improvement, which has proven to be one of the key factor in ternary blends. In addition, the open circuit voltage has been shown proportional to the weight ratio between both acceptors when they form an alloy. Based on these studies, we developed a predictive approach to assess the compatibility between the materials. Finally, ternary PTQ10:4TIC-4F:PC61BM devices turned out to be the most promising in terms of pre-industrialization and photostability

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Labrunie, Antoine. "Matériaux « uniques » pour cellules solaires organiques mono-composant." Thesis, Angers, 2017. http://www.theses.fr/2017ANGE0044/document.

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Abstract:

Au cours des dernières années, le développement des cellules organiques à réseaux interpénétrés a permis d’améliorer les rendements de conversion photovoltaïque (PV). Ces dispositifs incorporent une couche active constituée d’un mélange d’un matériau donneur d’électron (D) et d’un matériau accepteur d’électron (A). La réalisation de ces cellules requiert une optimisation minutieuse de ce mélange et de la morphologie de cette couche photo-active qui en résulte. Cette dernière peut cependant évoluer spontanément vers une ségrégation de phase, généralement délétère pour les performances PV. Une solution possible, et relativement peu étudiée, consiste à lier chimiquement le donneur D et l’accepteur A par un espaceur non-conjugué. Les travaux décrits dans ce manuscrit portent sur la synthèse et la caractérisation d’assemblages moléculaires de type D-σ-A ainsi que leur utilisation comme matériau dit « unique » pour la fabrication de cellules solaires organiques mono composant. Une première famille de dyades et triades à base d’un bloc donneur de type quaterthiophène a été étudiée. Cette partie décrit la méthodologie générale d’assemblage des blocs D et A via une réaction de cycloaddition de type Huisgen. Au cours des chapitres suivant, plusieurs dyades basées sur un bloc donneur « push-pull » ont été synthétisées puis caractérisées. Les performances PV de ces composés ont été évaluées au sein de cellules solaires mono-composant et les meilleurs rendements de conversion, atteignant 1.4 %, rivalisent avec l’état de l’art
Over the last few years, the development of bulk heterojunction organic solar cells (BHJ OSCs) led to significant increase in photovoltaic (PV) efficiency. Such devices are based on interpenetrated networks of an electron-donor material (D) and an electron-acceptor material (A) constituting the active layer. Nevertheless a careful optimization of the morphology is required to reach high power conversion efficiency. Furthermore, this optimized morphology can evolve towards spontaneous phase segregation which can be detrimental for the PV performances. To circumvent these limitations, a relatively unexplored approach relies on the use of a material where the donor and the acceptor moieties are covalently linked to each other through a nonconjugated π-connector. In this context, the work reported herein describes the synthesis and characterization of various molecular D-σ-A assemblies, as well as their preliminary evaluation as “unique” material for the realisation of single component organic solar cells (SC-OSCs). A first family of dyads and triads, based on quaterthiophene moieties as donor block, was studied. A general methodology to assemble the two D and A blocks via a Huisgen-type click-chemistry is described. Then, in the next chapters, several dyads based on a “push-pull” donor block have been synthesized and characterized. The PV performances of these compounds have been evaluated in SC-OSCs leading to power conversion efficiency up to 1.4 %, a value close to the state of the art

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Tebby, Zoé. "Cellules solaires hybrides organiques-inorganiques sur support souple." Thesis, Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13639/document.

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Abstract:

Le but de ce travail a été de développer des cellules à base d’oxyde nanoporeux photosensibilisé sur support plastique. Dans ce contexte, une nouvelle voie d’élaboration de couches de nanoparticules d’oxyde à basse température a été développée par irradiation ultraviolet sous air. Tout d’abord, des couches de dioxyde de titane ont été préparées par cette méthode, les films obtenus étant constitués d’un réseau mésoporeux de nanoparticules interconnectées de dioxyde de titane de structure anatase d’après les caractérisations effectuées par microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X, porosimétrie d’adsorption d’azote et d’intrusion de mercure et analyse thermogravimétrique. Après sensibilisation des couches par un complexe polypyridyle de ruthénium, les cellules photovoltaïques élaborées avec des films en contact avec un électrolyte liquide présentent des rendements de conversion énergétique compris entre 1,6 et 2,5 % suivant la nature des particules utilisées. Cette voie a ensuite été élargie à d’autres oxydes tels que l’oxyde de zinc et le dioxyde d’étain ainsi qu’à des oxydes en configuration « cœur-écorce ». Les rendements obtenus avec le dioxyde d’étain, 1,5 à 1,8%, sont tout à fait remarquables par rapport à ceux décrits dans la bibliographie pour des couches traitées à haute température. Les rendements plus élevés avec les couches traitées aux UV étant liés à une amélioration des tensions de circuit ouvert et des facteurs de forme, les phénomènes physiques régissant les performances de ces dispositifs ont été étudiés par différentes techniques, notamment la spectroscopie d’impédance électrochimique et le déclin de tension de circuit ouvert. Enfin, les performances électrochromes des films de dioxyde de titane traités aux UV ont été caractérisées sur support verre et plastique en présence d’un électrolyte liquide ionique, les efficacités de coloration étant comparables aux systèmes élaborés à haute température
This work aimed to develop dye-sensitized solar cells on plastic substrates. In this context, a new low-temperature method to make nanoporous oxide layers based on ultraviolet irradiation under air was studied. First of all, titanium dioxide layers were prepared with this method; the films obtained were composed of a mesoporous network of interconnected anatase titanium dioxide nanoparticles as evidenced by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, nitrogen sorption and mercury porosimetries, and thermogravimetric analysis. After sensitizing the films with a ruthenium polypyridyl complex, the photovoltaic cells based on the films in contact with a liquid electrolyte gave conversion efficiencies between 1.6 and 2.5% depending on the nature of the particles used. This low-temperature method based on ultraviolet irradiation was then expanded to other oxides, such as zinc oxide and tin dioxide, as well as to core-shell structures. The conversion efficiencies obtained with tin dioxide were very high, i.e. 1.5 to 1.8%, compared to those usually reported in the literature for films sintered at high temperatures. The higher efficiencies obtained for the UV-treated films were related to higher open circuit potentials and higher fill factors. Therefore, the physical phenomena involved were investigated with various techniques; in particular, electrochemical impedance spectroscopy and open circuit voltage decay. Finally, the electrochromic performances of the low-temperature UV-processed nanoparticulate titanium dioxide films were studied on glass and plastic substrates with an ionic liquid. The coloration efficiencies were found to be comparable to those of high-temperature processed layers

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Tebby, Zoé Toupance Thierry. "Cellules solaires hybrides organiques-inorganiques sur support souple." S. l. : Bordeaux 1, 2008. http://ori-oai.u-bordeaux1.fr/pdf/2008/TEBBY_ZOE_2008.pdf.

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Darchy, Léa. "Nanotubes de carbones semi-conducteurs pour cellules solaires organiques." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00919656.

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Abstract:

Les nanotubes de carbone (NTC) constituent un matériau prometteur pour l'électronique organique que ce soit comme conducteurs ou semi-conducteurs. Cependant, les applications des NTC semi-conducteurs sont plus longues à voir le jour car les NTC semi-conducteurs sont synthétisés en mélange avec des NTC métalliques. L'approche de notre laboratoire vise à supprimer la conductivité des NTC métalliques grâce à une fonctionnalisation chimique et sélective afin d'éviter la séparation des deux types de NTC. Cette étude a consisté à adapter et utiliser les NTC semi-conducteurs obtenus par fonctionnalisation dans la matrice active de cellules solaires organiques. La démarche s'est organisée en quatre temps avec tout d'abord la purification des NTC en grande quantité pour produire un matériau abondant en solution et avec l'adaptation de la fonctionnalisation chimique sélective des NTC métalliques. La fonctionnalisation par le diazoéther a permis d'obtenir une sélectivité supérieure à 15 contre 4 à 10 avec les réactifs diazonium et diazoester. Dans un deuxième temps, l'étude physicochimique des composites NTC-matériau donneur (P3HT ou oligomère QTF8) a mis en évidence une forte affinité et une structuration particulière du matériau donneur autour des NTC. Enfin, l'effet de l'incorporation de NTC fonctionnalisés et de leur orientation dans le composite a été étudié en configuration transistors et cellules solaires organiques. L'intégration des NTC dans des cellules à hétérojonction en volume a notamment conduit à la conception d'une nouvelle configuration de cellule solaire plus appropriée pour l'orientation électrique.

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Archet, Florence. "Cellules solaires organiques à base de molécules bio-inspirées." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0400/document.

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Abstract:

Face à la croissance de la demande énergétique, les énergies alternatives, telles que l’énergie photovoltaïque, représentent des solutions réalistes. Cette dernière nécessite des matériaux efficaces pour la capture des photons et leur conversion en électricité.Les cellules solaires organiques (CSOs) sont basées sur les propriétés semiconductrices de certaines molécules ou de certains polymères π-conjugués. Dans le domaine des CSOs, les efforts de recherche actuels se concentrent selon trois axes : la réduction des coûts, l’augmentation de la durée de vie des cellules solaires et l’augmentation des rendements de conversion photovoltaïque. Les récentsdéveloppements ont conduit à une complexification des architectures des CSOs ainsi que des semi-conducteurs organiques utilisés, induisant une augmentation des coûts de fabrication. Dans une logique de développement économiquement efficace et écologiquement soutenable, il est nécessaire aujourd’hui de se concentrer sur des semi-conducteurs organiques viables économiquement et dont la synthèse est respectueuse de l’environnement. Ce travail doctoral a pour but de développer de nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques bio-inspirés et bas coût. Les molécules étudiées présentent une structure donneur-accepteur-donneur. Leur squelette est celui de la curcumine, molécule qui donne sa couleur au curcuma. Le groupement accepteur est un difluorure de bore. Les groupements donneurs quant à eux varient suivant les semi-conducteurs. Les propriétés optoélectroniques de dix-sept dérivés curcuminoïdes ont été étudiées. Plusieurs d’entre eux se sont démarqués : ceux avec des groupements anthracène, ceux avec des dérivés thiophènes, enfin et impact sur les performances photovoltaïques de la formulation de l’encre utilisée pour le dépôt de la couche a été étudié en détail. Différents matériaux accepteurs ont été testés, de même que l’utilisation de mélanges ternaires. Pour l’un de dérivés curcuminoïde en combinaison avec du PC61BM, des rendements supérieurs à 4 % ont été obtenus avec des tensions de circuit ouvert supérieures à 1,0 V. Au regard de la simplicité structurale de ce semi-conducteur, ces résultats figurent à notre connaissance parmi les meilleurs reportés dans la littérature. Les phénomènes photophysiques ont également été étudiés par spectroscopie d’absorption des espèces transitoires. Enfin, le procédé de fabrication a été rapproché des conditions industrielles en éliminant les solvants halogénés utilisés et en travaillant à l’air ambiant. Finalement, bien qu’intéressantes, les propriétés photovoltaïques restent limitées pour une application industrielle du fait de la faible mobilité des trous de ces matériaux
To face the growing needs in energy, renewable energies like solar photovoltaic represent realistic solutions. Photovoltaic energy requires efficient materials to absorb photons and to convert them into electricity. Organic solar cells (OSCs) are based on semiconducting π-conjugated polymer or small molecules. Current research in this field focuses on three main topics: the reduction of costs, the increase of device lifetime and the increase of power conversion efficiency. This last issue led to an increase in the complexity of OSCs architecture as well as organic semi-conductors, leading to anincrease in manufacturing costs. In order to develop sustainable and eco-friendly processes, it is now important to work on cost effective semi-conductors obtained fromgreen synthetic methodology. The aim of this thesis was to develop new bio-inspired organic semi-conductors. These materials are potentially low cost. Molecules studied present donor-acceptor-donor structure. They have the skeleton of curcumine. Curcumine is a natural yellow dye present in curcuma. Acceptor group is boron difluoride. Donor groups vary depending on the curcuminoid derivative. Optoelectronicproperties of seventeen semi-conductors were studied. Several of them stood out: those with anthracene groups, those with thiophene derivatives, finally and especially, those with triphenylamine groups. For this last family, the impact on the photovoltaic performances of the ink formulation used for deposition has been deeply studied. Several acceptor materials were tested, as well as ternary blend. For one curcuminoid derivative combined with PC61BM, efficiency above 4% has been achieved with open circuit voltage up to 1.0 V. Due to the very simple chemical structure of the donor, this represents one of the best result reported in literature to our knowledge. Transient species were also studied by ultrafast spectroscopy. The fabrication process was also changed to eliminate halogenated solvent and to enable processing in ambient air like in industrial process. Finally, photovoltaic properties observed are interesting. Nevertheless, they are not sufficient for industrial application due to low hole mobility in these materials

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Kelber, Julien. "Cristaux liquides colonnaires donneurs et accepteurs pour cellules solaires organiques." Phd thesis, Bordeaux 1, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00628105.

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Abstract:

Les dérivés arène-carboxyliques sont des matériaux intéressants dans le but d'obtenir une cellule solaire organique efficace à base de cristaux liquides : Ils présentent à la fois des propriétés électroniques modulables en fonction de la structure chimique, une tendance aux larges plages de températures de présence d'une mésophase colonnaire et souvent un alignement homéotrope au contact de surfaces polaires telles que l'ITO ou le verre. Nous montrons avec cette thèse que des couples donneur-accepteur colonnaires à température ambiante peuvent être obtenus, avec des propriétés suffisamment complémentaires pour prévoir des dissociations d'excitons en charges séparées à leur jonction dans des cellules solaires.

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Raba, Adam. "Modélisation et simulation des réponses électriques de cellules solaires organiques." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAD012/document.

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Abstract:

Le principal objectif de ce travail est d’étudier les cellules solaires organiques de type hétérojonction en volume à l’aide d’un modèle bidimensionnel spécifique incluant un état intermédiaire pour la dissociation des charges dans les matériaux organiques. Ce modèle est mis en place dans un logiciel de simulation par éléments finis. Après validation, il est comparé à deux approches existant dans la littérature. Le grand nombre de paramètres requis pour décrire le mécanisme complexe de génération de charges nécessite un algorithme robuste, basé sur l’exploitation de chaînes de Markov, pour extraire ces paramètres physiques à partir de données expérimentales. Le modèle ainsi que la procédure d’extraction de paramètres sont utilisés dans un premier temps pour étudier le mécanisme de dissociation associé à une cellule comportant une nouvelle molécule. Ensuite le comportement en température de cellules à base de P3HT : PCBM est simulé et comparé à des mesures expérimentales
The main objective of this work is to study bulk heterojunction organic solar cells with a specific two dimensional model that takes into account an intermediate state specific to organic materials. The model is solved numerically by a finite element software. After its validation, it is compared to two existing approaches in the literature. The large number of parameters needed to describe the complex charge generation mechanism requires a robust parameter extraction algorithm, based on the operation of Markov chains, in order to extract these physical parameters from experimental characterizations. The model and the parameter extraction method are then used to study the charge dissociation mechanism of a cell with a newly synthesized molecule. Finally, the temperature evolution of P3HT : PCBM solar cells are simulated and compared to experimental measurements

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Haas, Olivier. "Etude des défauts électriquement actifs dans les cellules solaires organiques." Nantes, 2012. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=570d3f0e-b7f0-460b-acca-69de2d97f99f.

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Abstract:

L’objectif de ce travail est d'étudier les cellules solaires organiques à base de poly(3-hexylthiophène):[6,6]-phényl-C61-butyrate de méthyle (P3HT:PCBM) et de déterminer les paramètres de pièges dans ces dispositifs. Tout d’abord, les caractérisations spectroscopiques et morphologiques des films de polymère ainsi que l'étude de l'évolution des couches après vieillissement ont été réalisées. Les rendements des cellules utilisant des mélanges de composition variable comme couche active ont été déterminés. Pour les matériaux employés, le meilleur rendement a été obtenu pour un rapport P3HT/PCBM égal à 1,25. L’analyse effectuée sur les films conduit à la conclusion que la performance des cellules est dépendante de l’organisation des domaines nanométriques du mélange, qui elle-même est fonction de la solubilité des matériaux dans le solvant. L’analyse des caractéristiques électriques de courant-tension des cellules suggère une conduction par la charge d'espace avec des pièges présents dans la couche active. L'étude approfondie des défauts a été réalisée par mesures de courant thermiquement stimulé complété par celle de spectroscopie des pièges profonds par la charge. Les paramètres de pièges ont été déterminés dans les cellules utilisant le P3HT et les mélanges de P3HT:PCBM, de compositions différentes. Les niveaux de pièges spécifiques dans les matériaux ont été identifiés et comparés aux résultats rapportés dans la littérature. Ce travail constitue une première approche de caractérisation de pièges dans les cellules solaires organiques par des techniques adaptées aux semiconducteurs organiques
The objective of this work is to study organic solar cells using poly(3-hexylthiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyrate de methyle (P3HT:PCBM) blend as a photoactive layer and to determine the trap parameters in these devices. First, we performed the spectroscopic and morphological characterizations of the polymer thin films and we studied their evolution after aging. The effficiencies of the solar cells using blends of different compositions as an active layer were then determined. For the materials used in this work, the best efficiency was obtained for the blend having a P3HT/PCBM ratio of 1. 25. Structural analyses of the blend films suggested that the cell efficiency depends on the organization of the nano-domains in the blend, which in turn is dependent of the solubility of the organic materials. Analysis of the current-voltage characteristics of the solar cells indicated a space charge limited conduction (SCLC) with a trap filling process. The defect study was completed by making use of the Thermally Stimuleted Current technique and the charge based Deep Level Transient Spectroscopy. The trap parameters were determined for devices using P3HT polymer and P3HT:PCBM blends of different compositions as a photoactive layer. The trap levels of the materials were determined and were compared to those reported in the literature. This study is a original work on the characterization of traps in organic solar cells by performing several techniques which are proved to be adapted for organic semiconductors

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Perkhun, Pavlo. "Impression numérique de cellules solaires organiques utilisant des accepteurs nonfullerène." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2021. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/210419_PERKHUN_703yd309zqcb447wlo967qvdfy_TH%20(1).pdf.

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Abstract:

Au cours de la dernière décennie, le développement de ce qu'on appelle les accepteurs non-fullerène (NFA) a permis d'obtenir des rendements de conversion d'énergie (PCE) des cellules solaires organiques (OSC) supérieurs à 18%. La partie la plus importante des OSC est la couche photo-active. Donc, le sujet principal de ce travail de thèse a été le développement de cellules solaires de haute efficacité utilisant l'impression par jet d'encre (IJP) de mélanges de polymères à base de matériaux NFA. Une première partie du travail de thèse a été consacrée au traitement et à l'optimisation des dispositifs de dérivés de l’ITIC, et les polymères donneurs correspondants tels que PCE-12 et PCE-10. En addition, la morphologie à l'échelle nanométrique des mélanges à base de NFA a également été étudiée en détail. Dans la deuxième partie pour répondre aux besoins de l'IJP, nous avons étudié l'impact du traitement des matériaux NFA par des solvants non halogénés sur la morphologie de la couche photo-active. D'abord nous avons identifié des congénères compatibles avec l'o-xylène tels que le polymère PM6 et l'accepteur ITIC-4F pour étudier l'IJP de ce mélange photovoltaïque à l'air à l'aide d'une imprimante semi-industrielle permettant d'obtenir d’OSCs avec un rendement de 10,12%. Dans le dernier chapitre de la thèse, les performances des OSC traitées par l'IJP et docteur blade ont été optimisées pour l'éclairage intérieur. Dans le cas des mélanges PM6:ITIC-4F, des cellules solaires ayant une efficacité de 14,8% à un éclairage intérieur de 200 lux. L'utilisation du polymère PTQ-10 combiné à l'ITIC-4F ont pu encore augmenter l'efficacité à 16% dans des mêmes conditions d'éclairage
Over the last decade, the development of so called non-fullerene acceptors (NFA) resulted in power conversion efficiencies (PCE) of organic solar cells (OSCs) exceeding 18%. The most important part of OSCs is the photoactive layer. Hence, the major subject of this thesis work was the development of high efficiency solar cells using ink-jet printing (IJP) of polymer blends based on NFA. A first part of the thesis work was dedicated to processing and device optimization of ITIC- derivatives and corresponding polymer donors such as PCE-12 and PCE-10. Additionally, the nanoscale morphology of NFA based blends was also studied in detail.In the second part of the thesis work to reach the requirements of IJP we studied the impact of the non-halogenated solvents processing of the NFA materials on the photoactive layer morphology. First, we identified o-xylene compatible congeners such as PM6 polymer and ITIC-4F acceptor to study the IJP of such photovoltaic blend in air using a semi-industrial printer allowing to obtain OSCs with the efficiency of 10.12%.In the last chapter of the thesis, the performance of OSCs processed by IJP and doctor blade were optimized for indoor light illumination. In the case of PM6:ITIC-4F blends, solar cells with an efficiency of 14.8% at 200 lux indoor illumination. The use of the polymer PTQ-10 combined with ITIC-4F could further boost the efficiency at 16% under the same illumination conditions

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Bejbouji, Habiba. "Optimisation des matériaux des électrodes dans les diodes électroluminescentes organiques et les cellules solaires organiques." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13897/document.

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Abstract:

Ce travail porte dans un premier temps sur l’optimisation du matériau constituant la couche d’injection des trous dans les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) et les cellules solaires organiques (OPVCs). Les Polyanilines (PANIs) utilisées dans ce travail sont dispersées dans différents solvants organiques ou dans l'eau. L’effet de l’épaisseur, de la morphologie et de la conductivité des films de PANI sur l’efficacité des cellules solaires a été étudié. Les résultats montrent que la conductivité et l’épaisseur des films de PANI affectent énormément l’efficacité des dispositifs OLEDs ou OPVCs. Le dopant et le solvant utilisés dans la synthèse de la dispersion de PANI jouent aussi un rôle important. Dans un second temps, différentes PANIs ainsi que des latex de PEDOT et des nanotubes de carbone ont été utilisés seuls en tant qu'électrode dans le but d'accéder à des dispositifs "tout polymère". L’influence du pH, de la conductivité, du travail de sortie, la nature du dopant et du solvant sur les propriétés de l’injection de charge ont été analysés
The optimization of hole injection materials in organic light emitting diodes (OLEDs) and organic photovoltaic cells (OPVCs) is reported. Water and organic solvent-based PANIs were used. We have studied the influence of the thickness, the morphology and the conductivity of PANI films in (OPVCs) performances. The results show that the conductivity and the thickness of the PANI film greatly affect (OLED) and (OPVCs) effectiveness. The dopant and the solvent used in the synthesis of PANI dispersion also play an important role. PANI and PEDOT dispersions as well as carbon nanotube were also used as electrodes without ITO. The effect of pH, conductivity, the work function, the nature of the dopant and the solvent in the injection property were analyzed

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Braunger, Maria Luisa. "Fabrication et caractérisations électriques de films minces pour les cellules solaires organiques." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3009/document.

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Abstract:

Dans le domaine du photovoltaïque organique, il y a un effort continu pour améliorer l'efficacité des dispositifs. Afin d'atteindre cet objectif, il est nécessaire d'évaluer les caractéristiques qui influencent leur performance. Bien que les films minces de polymères conjugués (dérivés de polythiophène et polymères à faible bande interdite) aient été largementétudiés pour des applications dans des cellules photovoltaïques, peu d'études concernent l'influence de la nanostructuration des films dans de tels dispositifs. Dans ce contexte, l'objectif général de ce travail était d'analyser l'influence de la technique de dépôt de couches minces de dérivés de polythiophène dans des dispositifs photovoltaïques organiques. Le technique de dépôt de Langmuir-Schaefer (LS) a été comparée à celle de spin-coating, plus fréquente. Les films de polythiophène ont été caractérisés par des mesures de transport électrique (courant-tension, photoconductivité, voltampérométrie cyclique et spectroscopied'impédance), spectroscopies optique (UV-visible et fluorescence) et des techniquesmorphologiques (à force atomique et techniques de microscopie à angle de Brewster, etprofilométrie). A partir des mesures électriques à courant continu, il peut être observé que lesfilms LS sont plus conducteurs que ceux obtenus par spin-coating. D’un point de vuemorphologique, il s’avère que la technique de dépôt influence la performance du dispositifphotovoltaïque, en raison de l'organisation et de la nanostructuration fournies par la techniquede la LS. Une étude préliminaire a également été réalisée sur des films de polymères à faiblebande interdite à base de cyclopentadithiophène, réalisés par la technique de Langmuir-Blodgett
In the area of organic photovoltaics, there is a continuous effort to improve the efficiency of the devices. In order to reach this goal, it is necessary to evaluate the characteristics that influence their performance. Although thin films of conjugated polymers (polythiophene derivatives and low bandgap polymers) have been widely investigated for applications in photovoltaic devices, few studies relate the influence of the nanostructuring of the films in such devices. In this context, the general objective of this work was to analyze the influence of deposition technique of thin films of polythiophene derivatives in organic photovoltaic devices. The Langmuir-Schaefer (LS) technique was compared to the more common spin-coating. The polythiophene films were characterized by electrical transport measurements (current vs. voltage, photoconductivity, cyclic voltammetry and impedance spectroscopy), optical spectroscopy (UV-visible and fluorescence) and morphologicaltechniques (atomic force and Brewster angle microscopies, and perfilometry). From the direct current electrical measurements, it could be observed that the LS films are more conducting than the spin-coating ones. From the morphologic point of view, the deposition technique revealed itself to influence on the photovoltaic device’s performance, due to the organization and nanostructuring provided by the LS technique. Preliminary studies were also undertaken on thin films made of low bandgap polymers based on cyclopentadithiophene by using the Langmuir-Blodgett technique
Na área de fotovoltaicos orgânicos há um esforço contínuo no aumento da eficiência dos dispositivos. Para alcançar esse objetivo, é necessária a avaliação das características que influenciam seu desempenho. Embora filmes finos de polímeros conjugados (derivados do politiofeno e polímeros de baixo bandgap) tenham sido amplamente estudados para aplicação em dispositivos fotovoltaicos, são encontrados poucos estudos investigando a influência da nanoestruturação dos filmes nestes dispositivos. Dentro deste contexto, o objetivo geral deste trabalho foi analisar a influencia da técnica de deposição de filmes finos de derivados do politiofeno em um dispositivo fotovoltaico orgânico. Para isto utilizamos a técnica de Langmuir-Schaefer (LS) em comparação à técnica spin-coating comumente utilizada. Os filmes de politiofeno foram caracterizados por medidas de transporte elétrico (corrente vs. tensão, fotocondutividade, voltametria cíclica e espectroscopia de impedância), espectroscopia óptica (UV-visível e fluorescência) e técnicas morfológicas (microscopias de força atômica e de ângulo de Brewster, e perfilometria). Através das medidas elétricas em corrente contínua observou-se que os filmes LS apresentam maior condutividade elétrica quando comparados com filmes spin-coating. Do ponto de vista morfológico, a técnica de deposição utilizada mostrou ter influencia no desempenho do dispositivo fotovoltaico, devido à organização e nanoestruturação provida pela técnica LS. Estudos preliminares foram também realizados em filmes finos de polímeros de baixo bandgap baseados em ciclopentaditiofeno usando a técnica de Langmuir-Blodgett

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Parrenin, Laurie. "Synthèse et formulation d'encres polymères pour couche active de cellules solaires organiques." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0183/document.

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Abstract:

La limitation de solvants toxiques halogénés dans les procédés de préparation de matériaux photoactifs est primordiale pour l’industrialisation des cellules solaires organiques. L’objectif de ce travail de thèse a été de préparer des nanoparticules composées de polymère π-conjugué (PCDTBT) et d’accepteur d’électron (PC71BM) dans l’eau ou en milieu alcool. Des particules composites (PCDTBT+ PC71BM) ontété synthétisées avec deux types de stabilisants : un tensio-actif anionique (SDS) et un copolymère à blocs P3HT-b-PEO, ainsi que sans stabilisant. L’intégration de ces nanoparticules dispersées en phase aqueuse dans la couche active de cellules solaires organiques a par exemple permis d’obtenir des rendements de l’ordre de1%
The replacement of halogenated toxic solvents is fundamental in photoactive material processes to make the organic photovoltaic sector viable. Herein the use of nanoparticles made of π-conjugated polymer (PCDTBT) and electron-acceptor(PC71BM) was targeted in order to allow for instance the control of the phase separation between the two materials. Thus composite particles of PCDTBT and PC71BM have been synthesized using two kinds of stabilizers: an anionic surfactant (SDS) and a block copolymer P3HT-b-PEO, as well as without stabilizer. As an example such nanoparticles were integrated as active layer into photovoltaic device enabling a power conversion efficiency of 0.94% from aqueous based inks

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Gaume, Julien. "Etude du photovieillissement de matériaux nanocomposites pour l'encapsulation de cellules solaires organiques." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2011. http://www.theses.fr/2011CLF22173.

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Abstract:

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)

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Jarboui, Adel. "Elaboration, caractérisation et étude des propriétés physico-chimiques des matériaux conducteurs pour les cellules photosolaires organiques solides." Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC160.

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Abstract:

Dans ce travail, nous développons des cellules solaires à colorant dites cellules de Grâtzel (DSSC) où nous avons remplacé le couple redox transporteur de trous 131I- par un polymère conducteur (PC) généré par photopolymérisation électro-assistée in situ (PEP). Ni l'utilisation d'un PC comme transporteur de trou, ni celle de le produire par PEP d'un monomère oxydable ne constituent une nouveauté. Néanmoins, l'innovation dans notre travail consiste en deux points: i) Utiliser pour la première fois l'eau comme solvant au lieu d'un solvant organique (acétonitrile) pour générer le PC par PEP. L'eau permet d'abaisser drastiquement le potentiel d'oxydation des monomères organiques. Cet abaissement de potentiel permet d'utiliser un monomère commercial le 3,4-éthylènedioxythiophène au lieu de son dimère beaucoup plus cher et utilisé jusque-là dans pour les processus de PEP à cause de son faible potentiel d'oxydation. Ii)Utiliser des colorants purement organiques pour réaliser le processus PEP ce qui a permis d'améliorer considérablement le rendement de ces cellules. Les colorants organométalliques à base de Ru se sont avérés moins stable et donc moins efficaces dans les processus PEP aussi bien dans tous les milieux étudiés. Les résultats de notre travail sont inédits et grâce à cette méthode écologique, innovante et facile à mettre en œuvre, nous avons pu obtenir des cellules ayant de bons rendements et dont le coût peut être réduit considérablement par l'utilisation d'un colorant organique à faible coût de synthèse
In this work, we have develop dye sensitized solar cens namely Grâtzel cells (DSSC), where we have replaced the 1371" redox couple used as hole transporting material (HTM), by a conducting polymer (CP) generated using in situ electro¬assisted photopolymerization (PEP). The use of a CP as HTM, nor the production of CP by PEP of oxidizable monomer do not constitute a novelty. However, innovation in our work consists of two points: i)Use of water as a solvent for the first time, instead of organic ones (acetonitrile) to generate the PC by PEP. The water lowers drastically the oxidation potential of the organic monomers. This lowering of oxidation potential allows to use a commercial monomer 3,4-ethylenedioxythiophene instead of its dimer much more expensive, which is used hitherto in for the PEP process because of its low oxidation potential. Ii)Use of purely organic dyes to achieve the PEP process allowing a significant improve of the performance of these cells. Ru-based organometallic dyes were found to be less stable and therefore less effective in the PEP process in both media. The results of our work are unreleased and with this ecological, innovative and easy-to-implement method, we have obtained cells having good yields and the cost of which can be significantly reduced by the use of an organic dye of low-cost synthesis. The redox potentials of each of these two dyes. It emerges that: i) the use of the aqueous medium used to prepare the polymer PEP EDOT monomer, which is almost impossible in organic medium, and ii) that the two parameters to be considered to perform a process in situ PEP leading to a good conductive polymer, are the oxidation potential (or rather of the beginning of oxidation) of the monomer and the redox potential of the dye; the former must be lower than the second. The fourth chapter of the manuscript corresponding to the fourth publication. - Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells Based on Poly (3,4-ethylenedioxypyrrole) and Metal-Free Organic Dyes Two organic dyes and the D35 D21L6 tested and yields of cells obtained are compared with those obtained from to tell-based PEDOP obtained using the Z907. All redox potentials of these dyes are higher than the oxidation potential of EDOP, which is favorable for E CEP in situ process of this monomer. The DSSCs based D35 gives a yield (4. 34%) higher than the yield of cell-based D21L6 (3. 05%) and performance of cells made of Z907 (0. 46%). This difference is attributed to the difference in redox potential of these dyes (D35 1. 16V / SHE D21L6 1. 10 V / V 1. 05 Z907 and ESH / ESH) following the same order of photoconversion efficiencies corresponding DSCs. These results confirm that the oxidation potential of the monomer and the redox potential of the dye are the two parameters that govern the efficiency of a PEP process on a TiO2 electrode modified with a dye and therefore have a direct influence on the photo-conversion efficiency of DSSCs. The manuscript ends with a conclusion in which Mr. Jarboui summarizes the results and presents perspectives. It proposes to continue to study the DSCs with the addition of additives that can improve yields or other monomers low oxidatior potential. These monomers can be studied to improve hole transport in solids DSSCs; eg polycarbazole known for his good character carrier holes

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Bejbouji, Habiba. "Optimisation des matériaux d'électrodes dans les diodes électroluminescentes et les cellules solaires organiques." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01005217.

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Abstract:

Ce travail porte dans un premier temps sur l optimisation du matériau constituant la couche d injection des trous dans les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) et les cellules solaires organiques (OPVCs). Les Polyanilines (PANIs) utilisées dans ce travail sont dispersées dans différents solvants organiques ou dans l'eau. L effet de l épaisseur, de la morphologie et de la conductivité des films de PANI sur l efficacité des cellules solaires a été étudié. Les résultats montrent que la conductivité et l épaisseur des films de PANI affectent énormément l efficacité des dispositifs OLEDs ou OPVCs. Le dopant et le solvant utilisés dans la synthèse de la dispersion de PANI jouent aussi un rôle important. Dans un second temps, différentes PANIs ainsi que des latex de PEDOT et des nanotubes de carbone ont été utilisés seuls en tant qu'électrode dans le but d'accéder à des dispositifs "tout polymère". L influence du pH, de la conductivité, du travail de sortie, la nature du dopant et du solvant sur les propriétés de l injection de charge ont été analysés.

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Peres, Léo. "Cristaux photoniques bidimensionnels pour l'absorption de la lumière dans les cellules solaires organiques." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0377/document.

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Abstract:

Dans une cellule solaire, il existe un compromis entre l’efficacité d’absorption des photons et le rendement quantique de collection des charges électriques. Dans les semi-conducteurs organiques, la longueur de diffusion des porteurs est limitée à une centaine de nanomètres, si bien qu’il est nécessaire de travailler avec des couches photo-actives ultraminces (< 100 nm). Pour limiter l’épaisseur physique des matériaux utilisés tout en maintenant une absorption élevée, il est possible d’utiliser les propriétés des cristaux photoniques (CP), pour allonger la durée d’interaction des photons avec le milieu absorbant. Cela consiste à former un CP dans la couche active ou à son voisinage et d’exciter des modes résonants de la structure. Ce travail de thèse est divisé en plusieurs parties. Dans un premier temps, à l’aide d’outils numériques, nous nous intéressons aux phénomènes qui régissent le gain d’absorption lors du couplage d’une onde plane avec un mode résonant d’une membrane à CP. Ensuite, nous étudions une cellule à CP, où l’électrode d’ITO est nano-structurée, et nous optimisons le gain d’absorption d’une couche photo-active ultramince (50 nm). Enfin, dans un travail expérimental, nous fabriquons des cristaux colloïdaux bidimensionnels à base de microsphères diélectriques par différentes méthodes d’auto assemblage
In a solar cell, there is a trade-off between light absorption capacity and internal quantum efficiency. In organic semi conductors, charge carrier diffusion is limited to a few hundred nanometers, which implies to work with very thin active layers (< 100 nm). In order to limit the thickness of the material while keeping high light absorption, it is possible to use the properties of photonic crystals (PC) to enhance light matter interaction duration. It consists in forming a PC in or around the active layer, and to excite a resonant mode of the formed photonic structure. The work of this thesis is divided into several parts. In a first approach, using numerical tools, we investigate the phenomena that give rise to absorption enhancement when a plane wave is coupled to a resonant mode of a PC membrane. We then study a nano-structured cell architecture, in which the ITO electrode is periodically patterned, and we optimize absorption enhancement in the thin active layer (50 nm). Finally, in an experimental work, we fabricate two dimensional colloidal crystals formed by dielectric microsphere self assembly

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Parbaile, Emilien. "Contribution à l'optimisation des techniques de dépôts sous vide de cellules solaires organiques." Limoges, 2009. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/e6a50ed2-0fc2-4a6e-abd4-d838a9507b10/blobholder:0/2009LIMO4061.pdf.

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Abstract:

Les cellules organiques sont légères et particulièrement résistantes aux chocs (couche active et substrat en plastique). Elles conviendraient à des environnements difficiles tel que l’environnement militaire. De plus, la conformabilité de ces cellules permettrait de les intégrer à des téléphones portables et à d’autres appareils portables nécessitant de fortes autonomies. Les travaux de cette thèse ont consistés à étudier différentes structures de cellules, à améliorer la reproductibilité, à réaliser des cellules avec des matériaux purifiés et à réaliser des cellules sur des substrats souples notamment. La réalisation de cellules sur de tels substrats a permis de montrer que le passage d’un substrat rigide à un substrat souple ne modifie que faiblement les performances. Les cellules réalisées et caractérisées ont été principalement des cellules à base de CuPc et de C60. Les techniques de dépôt utilisées ont été la technique de dépôt par centrifugation et la technique de dépôt par évaporation thermique sous vide. En outre, des mesures de rendements quantiques externes (IPCE en anglais) ont permis de mettre en évidence que ceux-ci dépendent de la puissance lumineuse incidente. D’autres mesures d’IPCE ont permis d’estimer la durée de phosphorescence du C60 et de déterminer la mobilité des charges dans la CuPc. Le simulateur solaire a fait l’objet d’une étude de radiométrie qui avait pour but de pouvoir comparer les rendements des cellules avec ceux d’autres laboratoires. Une des méthodes mise en place permet d’approcher au maximum la norme d’éclairement AM1. 5G avec le simulateur
Organic solar cells are low weight and particularly resistant to shocks (active layer and substrate in plastic). They are suitable for harsh environments such as military environment. Furthermore, conformability of these cells would permit to integrate them in mobile phones and other portable devices requiring high autonomies. The works of this thesis consisted to study different cell structures, improve reproducibility, realize cells with purified materials and make cells on flexible substrates in particular. The realization of cells on such substrates showed that the transition from a rigid substrate to a flexible substrate modifies only slightly the performance. The cells produced and characterized were mainly cells based on CuPc and C60. The deposition techniques used were spin coating and thermal vacuum sublimation. In addition, measurements of incident photon to current conversion efficiency (IPCE) showed that they depend on the incident light power. Other IPCE measurements permitted to estimate the phosphorescence time of C60 and determine the charge mobility in the CuPc. A radiometry study on the solar simulator was led in order to allow compare cell efficiencies with those of other laboratories. A method established permits to approach as close as possible the standard of illumination AM1. 5G with the simulator

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Destouesse, Élodie. "Vers l'industrialisation de cellules solaires photovoltaïques organiques imprimables à base de semi-conducteurs moléculaires." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0085/document.

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Les cellules solaires organiques ont longtemps été qualifiées de cellules solaires« polymères ». Cette appellation découle du fait que la couche active de telles cellules solaires a majoritairement été réalisée avec un polymère donneur d’électrons. L’utilisation d’un polymère au sein de la couche active a permis d’envisager la production de cellules solaires organiques par voie liquide avec des procédés d’impression à grande vitesse. Il existe cependant un autre type de matériau donneur d’électrons : les petites molécules. Ces dernières déposées par évaporation thermique permettent d’obtenir des cellules à haut rendement. A cause de leur faible propriété filmogène, les petites molécules n’ont cependant pas été envisagées pour un procédé d’impression industrielle. Or, en 2012 plusieurs petites molécules déposables par voie liquide font leur apparition et permettent d’obtenir des rendements suffisamment élevés à l’échelle laboratoire, pour envisager leur à l’échelle industrielle. Ces travaux de thèse ont été conduits en collaboration avec ARMOR, une entreprise visant à commercialiser les cellules solaires organiques, dans le but d’évaluer le potentiel d’industrialisation des petites molécules donneuses d’électrons. Le p-DTS(FBTTh2)2 a été choisi pour cette étude. Il a été montré qu’il était possible d’atteindre des rendements de 2% avec ce matériau à l’air, avec des solvants non toxiques en utilisant un procédé d’enduction à racle. L’industrialisation du p-DTS(FBTTh2)2 n’a cependant pas été poursuivie car ce dernier est très instable à l’air. Ces travaux présentent une méthodologie pouvant être utilisée pour évaluer l’industrialisation d’autres matériaux de ce type
Organic solar cells are often called “polymer” solar cells. This term comes from the fact that the active layer of such solar cells have been widely made with a donor polymer. The use of polymer inthe active layer gives interesting filming properties that can be used to produce these solar cells industrially with a high speed printing process. Yet, another type of donor materials exists: the small molecules. Deposited by thermal evaporation, this type of materials can allow to reach high efficiency solar cells. Because of their poor filming properties, small molecules were not a good candidate for an industrialization using high speed printing. However, in 2012 several solution processable small molecules were proven particularly promising by demonstrating high efficiency at a laboratory scale.These encouraging results let imagine that it could be possible to produce organic solar cells with such materials. This PhD work has been done in collaboration with ARMOR, a company highly implied in the commercialization of organic solar cells, in order to evaluate if small molecules materials could be use dindustrially with a high speed printing process. The p-DTS(FBTTh2)2 has been chosen for this study. It has been shown that it is possible to reach efficiencies as high as 2 % with such a material, using non toxicsolvents and by making the solar cell in the air with a Doctor Blade. Nevertheless, the industrialization ofthe p-DTS(FBTTh2)2 has not been pursued due to the rapid degradation of this molecule in the air. This work presents a method that can be used to evaluate the industrialization of other efficient small molecules

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De, Sousa Samuel. "Ingéniérie, synthèse et étude de chromophores organiques et organométalliques pour cellules solaires à colorant." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00952228.

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Abstract:

Le principal objectif de ce travail de thèse était d'imaginer, de synthétiser et de caractériser de nouveaux chromophores "push-pull" pour finalement évaluer leurs propriétés photovoltaïques en cellules solaires à colorant. Deux approches distinctes ont été développées : i) la première consiste en l'élaboration de chromophores tout-organiques de type " push-pull " basés sur un motif électro-donneur carbazole à potentiel d'oxydation élevé. Ces nouveaux colorants ont été conçus dans le but d'être utilisés avec des électrolytes à potentiel standard supérieur à celui du couple rédox I-/I3- ; ii) la seconde approche est basée sur un nouveau concept de chromophores organométalliques de type ruthénium-acétylure. Ces chromophores ont été développés dans le but de combiner à la fois les propriétés avantageuses d'une structure de type " push-pull " et les transferts de charges (MLCT) impliquant le motif [Ru(dppe)2], également connu pour constituer un excellent relai électronique.

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Assunção, da Silva Edilene. "Fabrication et caractérisation de cellules solaires à base de polymères organiques low-bandgap nanostructurés." Thesis, Pau, 2018. http://www.theses.fr/2018PAUU3012/document.

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Abstract:

Les cellules solaires polymériques attirent un grand intérêt dans ce domaine de recherche, en raison du faible coût, du procédé de fabrication de grandes surfaces, des matériaux de manutention légers et de la possibilité de leur fabrication par diverses techniques. Pour une bonne efficacité des dispositifs photovoltaïques, la couche active doit contenir une bonne absorption de la lumière du soleil. En termes de bandgap,cela signifie que plus le bandgap est petit, plus le flux de photons absorbés est grand. Une manière d'accomplir ceci avec les matériaux polymères est la synthèse d'un copolymère alterné dans lequel le bandgap optique est diminué, ce que l'on appelle des polymères low-bandgap. L'organisation joue un rôle important dans la performance des dispositifs, y compris les dispositifs photovoltaïques, et la technique Langmuir-Schaefer (LS) permet de fabriquer des films nanostructurés avec contrôle de l'épaisseur, qui peuvent servir de base pour construire de meilleurs dispositifs. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail était de synthétiser des polymères low-bandgap et ensuite de fabriquer et caractériser des films LS de ces polymères et leurs mélanges avec un dérivé de fullerène, le PCBM, pour leur application en tant que couche active de cellules solaires. Les films LS des polymères et leurs mélanges avec PCBM ont été fabriqués et des mesures de caractérisation ont été effectuées. Ces films ont été caractérisés par des mesures électriques (courant vs tension, spectroscopie d'impédance et voltampérométrie cyclique), morphologiques (microscopie à force atomique) et optiques (UV-visible, diffusion Raman et transmission infrarouge). Par les films de Langmuir et les mesures morphologiques, il a été possible d'observer les caractéristiques spécifiques concernant la conformation de chaque polymère sous forme de film. Des mesures optiques confirment l'absorption aux longueurs d'onde élevées attendues pour ces polymères. Dans les mesures électriques, les résultats ont montré des conductivités différentes pour les mêmes matériaux lorsque les types d'électrodes ont été changés. Les dispositifs photovoltaïques des films LS fabriqués n'ont pas atteint de bonnes valeurs d'efficacité. Les films spin-coating de ces polymères testés en tant que couche active des dispositifs, sous atmosphère contrôlée, ont montré unefficacité allant jusqu'à 0,6%
Polymeric solar cells attract great interest in this area of research due to the potential low cost, large area fabrication process, light weight physical feature and the possibility of fabricating these cells by several techniques. To achieve good efficiency in the photovoltaic devices the active layer must have an efficient absorption of sunlight. In terms of bandgap, this means that the smaller the bandgap the greater the flux of photons absorbed. One way to accomplish this, with the polymeric materials, is the synthesis of a polymer in which the optical bandgap has the ability to increase the capture of sunlight, the so-called low-bandgap polymers. The organization plays an important role in the performance of devices, including in photovoltaic devices, and the Langmuir-Schaefer (LS) technique provides the ability to manufacture nanostructured films with thickness control, which can serve as a basis for building better devices. In this context, the aim of this work was to synthesize low-bandgap polymers for later manufacturing and characterization of LS films of these polymers and their blends with a fullerene derivative, PCBM, and test them as active layer of solar cells. LS films of such polymers and their blends with PCBM were made and characterization measurements were performed. These films were characterized by electrical (current vs. voltage, impedance spectroscopy and cyclic voltammetry), morphology (atomic force microscopy) and optical (ultraviolet-visible, Raman scattering and infrared) measurements. Through the Langmuir films and the morphological measurements, it was possible to observe the specific characteristics of how it is the conformation of each polymer in film form. Optical measurements confirmed the absorption at high wavelengths expected for these polymers. In the electrical measurements the results showed different conductivities for the same materials when the types of electrodes were changed. The photovoltaic devices manufactured from LS technique have not reached good efficiency values. When spin-coated active layers were teste as OPV devices in a controlled atmosphere the efficiency achieved up to 0.6%
Células solares poliméricas atraem grande interesse nessa área de pesquisa, devido ao baixo custo, processo de fabricação de grandes áreas, materiais de manuseio leves e a possibilidade de sua fabricação por diversas técnicas. Para uma boa eficiência dos dispositivos fotovoltaicos, a camada ativa deve conter uma boa absorção da luz solar. Em termos de bandgap, isto quer dizer que quanto menor o bandgap maior o fluxo de fótons absorvidos. Uma maneira de realizar isto com os materiais poliméricos é a síntese de um polímero no qual o bandgap óptico tem a capacidade de aumentar a captura da luz solar, os chamados polímeros low-bandgap. A organização possui um papel importante na performance de dispositivos, inclusive dos fotovoltaicos, e a técnica Langmuir-Schaefer (LS) proporciona a capacidade de fabricar filmes nanoestruturados e com controle de espessura, podendoservir de base para construção de melhores dispositivos. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi sintetizar polímeros low-bandgap e, posteriormente fabricar e caracterizar filmes LS destes polímeros e de suas blendas com um derivado de fulereno, o PCBM, para a aplicação dos mesmos como camada ativa de células solares. Foram fabricados filmes LS dos polímeros e de suas misturas com PCBM e realizadas medidas de caracterização. Estes filmes foram caracterizados por meio de medidas elétricas (corrente vs. Tensão, espectroscopia de impedância e voltametria cíclica), morfológica (microscopia de força atômica) e óptica (Ultravioleta-Visível, Espalhamento Raman e transmissão no infravermelho). Com os filmes de Langmuir e as medidas morfológicas foi possível observar as características específicas de como é a conformação de cada polímero na forma de filme. As medidas ópticas confirmam a absorção em altos comprimentos de onda esperados para estes polímeros. Nas medidas elétricas os resultados mostraram diferentes condutividades para os mesmos materiais quando mudado os tipos de eletrodos. Os dispositivos fotovoltaicos dos filmes LS fabricados não alcançaram bons valores de eficiência. Filmes spin-coating destes polímeros testados como camada ativa dos dispositivos, em atmosfera controlada, revelaram eficiência de até 0.6%

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Karpinski, Arkadiusz. "Couches interfaciales TiO2 et NiO déposées par CSD et PVD, pour cellules solaires organiques." Nantes, 2011. http://www.theses.fr/2011NANT2076.

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Bou, Adrien. "Electrodes multifeuillets de type oxyde/métal/oxyde à transparence accordable pour cellules solaires organiques." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4367.

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Abstract:

Parmi les filières de cellules photovoltaïques, les cellules solaires organiques suscitent un intérêt industriel par leur faible coût financier et de production énergétique et leur application possible sur des substrats flexibles de type plastique. L'ITO (Indium Tin Oxide) est l'électrode transparente conductrice (ETC) la plus utilisée pour ces cellules ainsi que pour d'autres dispositifs optoélectroniques. Cependant, ce matériau n'est pas sans présenter certains inconvénients (rareté de l'indium, structure non adaptée à des substrats flexibles,…), et la recherche d'alternatives à l'ITO est une préoccupation actuelle de la communauté scientifique internationale. Une possibilité est alors offerte par des structures multicouches de type Oxyde|Métal|Oxyde. Le rôle des deux couches d’oxydes est d’accorder, en ajustant les épaisseurs, la position, l’intensité et la largeur de la fenêtre spectrale de transmission. Des travaux numériques et expérimentaux couplés ont été effectués en particulier sur les structures SnOx|Ag|SnOx, TiOx|Ag|TiOx et ZnS|Ag|ZnS. Par microstructuration de telles électrodes ou bien par incorporation d’un bicouche Cu|Ag comme feuillet métallique au coeur de la structure, il est possible d’améliorer leurs performances optiques en amplifiant et en élargissant la fenêtre spectrale de transmission, sans dégrader leur haute conductivité. L’intégration d’électrodes SnOx|Ag|SnOx et TiOx|Ag|TiOx au sein de cellules solaires organiques inverses a été entrepris. Des résultats photoélectriques très prometteurs ont été obtenus avec la structure TiOx|Ag|TiOx qui permet d’atteindre des performances de niveau quasi-équivalent aux cellules de référence à base d’ITO
Among all variants of photovoltaic thins films, organic solar cells generate a major industrial interest due to low manufacturing costs, reasonable levels of energy production and suitability to flexible substrates like plastic. ITO (Indium Tin Oxide) is the most used Transparent Conductive Electrode (TCE) for organic solar cells as well as other optoelectronic devices. However, this material is not without drawbacks (scarcity of indium, non-suitability to flexible substrates...), and the search for alternatives to ITO is actively pursued by the international scientific community. One possibility is offered by Oxide|Metal|Oxide multilayer structures. By reaching the thin metal layer percolation threshold and by varying its thickness, it is possible to obtain very high conductivity and transparency of this multilayer in the visible spectral range. The role of both oxide layers is to tune the position, intensity and width of the spectral transmission window by adjusting the oxides’ thicknesses. Coupled experimental and numerical works were lead in particularly on SnOx|Ag|SnOx, TiOx|Ag|TiOx and ZnS|Ag|ZnS structures. By microstructuring such electrodes, or by incorporating a Cu|Ag bilayer as metal sheet at the core of the structure, it is possible to increase the optical performances by amplifying and expanding the spectral transmission window without degrading the high conductivity. The integration of SnOx|Ag|SnOx and TiOx|Ag|TiOx electrodes in inversed organic solar cells was undertaken. Very promising photoelectric results were obtained with the TiOx|Ag|TiOx structure which allows to reach performances close to that obtained with ITO-based reference cells

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Bou, Adrien. "Electrodes multifeuillets de type oxyde/métal/oxyde à transparence accordable pour cellules solaires organiques." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4367.

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Abstract:

Parmi les filières de cellules photovoltaïques, les cellules solaires organiques suscitent un intérêt industriel par leur faible coût financier et de production énergétique et leur application possible sur des substrats flexibles de type plastique. L'ITO (Indium Tin Oxide) est l'électrode transparente conductrice (ETC) la plus utilisée pour ces cellules ainsi que pour d'autres dispositifs optoélectroniques. Cependant, ce matériau n'est pas sans présenter certains inconvénients (rareté de l'indium, structure non adaptée à des substrats flexibles,…), et la recherche d'alternatives à l'ITO est une préoccupation actuelle de la communauté scientifique internationale. Une possibilité est alors offerte par des structures multicouches de type Oxyde|Métal|Oxyde. Le rôle des deux couches d’oxydes est d’accorder, en ajustant les épaisseurs, la position, l’intensité et la largeur de la fenêtre spectrale de transmission. Des travaux numériques et expérimentaux couplés ont été effectués en particulier sur les structures SnOx|Ag|SnOx, TiOx|Ag|TiOx et ZnS|Ag|ZnS. Par microstructuration de telles électrodes ou bien par incorporation d’un bicouche Cu|Ag comme feuillet métallique au coeur de la structure, il est possible d’améliorer leurs performances optiques en amplifiant et en élargissant la fenêtre spectrale de transmission, sans dégrader leur haute conductivité. L’intégration d’électrodes SnOx|Ag|SnOx et TiOx|Ag|TiOx au sein de cellules solaires organiques inverses a été entrepris. Des résultats photoélectriques très prometteurs ont été obtenus avec la structure TiOx|Ag|TiOx qui permet d’atteindre des performances de niveau quasi-équivalent aux cellules de référence à base d’ITO
Among all variants of photovoltaic thins films, organic solar cells generate a major industrial interest due to low manufacturing costs, reasonable levels of energy production and suitability to flexible substrates like plastic. ITO (Indium Tin Oxide) is the most used Transparent Conductive Electrode (TCE) for organic solar cells as well as other optoelectronic devices. However, this material is not without drawbacks (scarcity of indium, non-suitability to flexible substrates...), and the search for alternatives to ITO is actively pursued by the international scientific community. One possibility is offered by Oxide|Metal|Oxide multilayer structures. By reaching the thin metal layer percolation threshold and by varying its thickness, it is possible to obtain very high conductivity and transparency of this multilayer in the visible spectral range. The role of both oxide layers is to tune the position, intensity and width of the spectral transmission window by adjusting the oxides’ thicknesses. Coupled experimental and numerical works were lead in particularly on SnOx|Ag|SnOx, TiOx|Ag|TiOx and ZnS|Ag|ZnS structures. By microstructuring such electrodes, or by incorporating a Cu|Ag bilayer as metal sheet at the core of the structure, it is possible to increase the optical performances by amplifying and expanding the spectral transmission window without degrading the high conductivity. The integration of SnOx|Ag|SnOx and TiOx|Ag|TiOx electrodes in inversed organic solar cells was undertaken. Very promising photoelectric results were obtained with the TiOx|Ag|TiOx structure which allows to reach performances close to that obtained with ITO-based reference cells

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Bettignies, Rémi de. "Cellules photovoltai͏̈ques organiques dérivées de nouveaux systèmes conjugués." Angers, 2003. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00112847.

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Abstract:

Les cellules photovoltai͏̈ques (PV) basées sur les semi-conducteurs organiques font l'objet de recherches motivées par la possibilité de réaliser des cellules solaires de grande surface, flexibles, légères et bon marché, en profitant de la grande processabilité des matériaux organiques. Face aux contraintes environnementales et à l'épuisement des ressources d'énergie fossile, le fort regain d'intérêt pour la conversion PV organique est en grande partie dûe à la formidable amélioration de l'efficacité de conversion de cellules solaires organiques accomplie ces dix dernières années. Dans une première partie de ce travail, nous avons élaboré un protocole expérimental fiable permettant l'évaluation de nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques donneurs et accepteurs en cellules solaires de type hétérojonction. La réalisation de cellules à base de phthalocyanine de cuivre (CuPc) et de C60, par ailleurs déjà décrites dans la littérature, nous a permis de valider un ensemble de protocoles d'élaboration et de caractérisation des cellules. Ces procédures ont été ensuite appliquées à l'évaluation d'une série d'accepteurs dérivés du pérylène dans des cellules comportant la CuPc comme donneur. Cette seconde étape nous a ainsi permis de sélectionner deux composés accepteurs modèles que nous avons utilisés pour la suite de ce travail. La troisième et dernière partie de ce travail a porté sur la réalisation d'hétérojonctions à base de nouveaux oligomères conjugués hybrides dérivés de trois structures de base : terthiophène, quaterthiophène et quinquethiophène. Tout d'abord, nous avons cherché à établir de premières corrélations entre la structure chimique des donneurs et certaines des caractéristiques électriques des cellules. Enfin, les acquis de cette étude systématique ont contribué à la conception et à la synthèse de nouveaux donneurs issus d'oligothiophènes à structure ramifiée à l'aide desquels nous avons pu réaliser des cellules de type hétérojonction qui figurent parmi les plus efficaces obtenues jusqu'à présent à partir d'oligo- et de polythiophènes
Photovoltaic cells based on organic semi-conductors are a focus of increasing research effort motivated by the possibility to realize larfe area, light-weight and low-cost flexible solar cells taking advantage of the processability of organic materials. Besides environmental constraints and the predictable exhausting of fossil energy resources, the strong renewal of interest for organic PV conversion has been boosted by the large improvement of the conversion efficiency of organic solar cells accomplished in recent years. The first part of this work consisted in elaborating a reliable experimental protocol allowing the evaluation of new organic semiconducting materials donors and acceptors intended for the realization of solar cells of type heterojunction. The realization of cells based on copper phthalocyanin (CuPc) and of C60, besides already described in the literature, allowed us to validate a set of protocols of elaboration and characterization of the cells. These procedures were then applied to the evaluation of a series of acceptors derived of perylene in cells containing the CuPc as the donor. This second stage allowed us to select two compounds as model acceptors whom we used for the suite of this work. The third and last part of this work concerned the realization of heterojunctions base on new hybrid conjugated oligomeres derived of three basic structures : terthiophene, quaterthiophene and quinquethiophene. We've first tried to establish correlations between the chemical structure of the donors and some of the electric characteristics of the cells. Finally, the experiences of this systematic study contributed to the conception and to the synthesis of new star shaped oligothiophenes acting as donor, by means of whom we were able to realize solar cells which appear among the most effective obtained until now from oligo- and from polythiophenes

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Baltagi, Youssef. "Spectroscopis de modulation optique : développement d'un ensemble expérimental et application à la caractérisation de matériaux et d'hétérostructures du système GaInAs/AIInAs épitaxié sur InP." Lyon, INSA, 1995. http://www.theses.fr/1995ISAL0096.

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Abstract:

Dans ce travail, nous étudions les propriétés optiques d'hétérostructures III-V par spectroscopie de modulation optique. En particulier, nous nous intéressons au système GaInAs /AlInAs. Dans un premier temps, nous avons développé un ensemble expérimental sensible travaillant dans la gamme 0. 6-1. 8 micromètres et pour des températures variant de 8K à 600K. Nous avons également montré la faisabilité d'un prototype de photoréflectivimètre compact et performant. Nous avons, caractérisé des couches simples d'AlInAs / InP. La réponse de photoréflectivité (PR) nous a permis de mettre en évidence une modulation de composition ainsi et un effet de localisation dans AlInAs. En outre, nous avons déterminé les propriétés fondamentales de puits quantiques de GaInAs / AlInAs : détermination de la discontinuité de bande, qualité des interfaces et du materiau. Enfin, nous avons appliqué cette technique à la mesure de la position du niveau de Fermi de surface dans des structures de type UN+ (couche non dopée / couche dopée n+) AlInAs. Les mêmes types de structures ont été élaborées afin de mesurer le champ piézoélectrique dans un puits contraint de GaInAs / GaAs épitaxié sur un substrat polaire
In this work, we study using modulation spectroscopy the optical properties of III-V semiconductor compounds, especially InAlAs / InGaAs based structures. The first part of the work deals with the development of an experimental set up, whose sensitivity is 10-6. This system works between 8K and 600K, in the spectral range 0. 6 to-1. 8 micrometer. In this part we also show the feasibility of a performing prototype. The second part deals with the characterization of bulk InAlAs / InP layers. Using the temperature dependence of the Photore-flectance (PR) spectra we show the existence of a localization in the InAlAs layer due to some clustering effect. Furthennore, we have studied InGaAs/InAlAs single quantum wells. The PR technique is shown to be a powerful tool to characterize the interface and material quality, interface roughness…, and to give a qualitative determination of conduction band offset in this system. In the last part of this work, we apply the PR in order to measure the surface Fermi level in an InAlAs UN+ ( undoped layer grown on a heavily doped n+ layer) structure. The same structures have been used to measure the piezoelectric field in a InGaAs/GaAs strained SQW grown on a polar <111> GaAs substrate

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Derouiche, Hassen. "Étude de couches minces de matériaux organiques et applications à la réalisation de cellules solaires." Nantes, 2004. http://www.theses.fr/2004NANT2025.

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Abstract:

Le présent mémoire porte sur la réalisation et la caractérisation des couches minces de matériaux organiques. Le but de notre étude étant la réalisation de cellules solaires organiques. De nombreuses techniques de caractérisations physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffractions de rayons X, spectroscopie de photoélectrons ou XPS, spectroscopie infra-rouge et absorption optique) ont été utilisées afin de déterminer la qualité des couches et d'en améliorer ainsi leur élaboration. Nous avons fabriqué des cellules solaires organiques composées d'un seul matériau phtoactif (ZnPc). Les propriétés optiques et électriques des couches minces de ZnPc sont préservées pendant le processus d'évaporation multi cycles mis au point au laboratoire et le recuit à 150ʿC pendant 4 heures. L'augmentation du taux d'oxygène en volume de la couche mince de ZnPc a été vérifié qualitativement par XPS, L'utilisation de la méthode multi cycles a permis l'amélioration des caractéristiques photovoltai͏̈ques de ZnPc (Voc, Isc, FF et ? de 0. 42 a 0. 51 V, 0. 102 a 0. 192 mA/cmø, 0. 22 a 0. 3 et de 0. 009 % a 0. 03 %, respectivement). De plus on a pu constater que l'ajout d'une fine couche de PEDOT :PSS à l'interface ITO/ZnPc améliore le fonctionnement de la cellule. Il a été montré que les cellules solaires composées de deux couches superposées ZnPc/1,4-DAAQ ont un comportement photovoltai͏̈que. Un rendement de 0. 003% a été réalisé avec Isc=0. 02 mA/cm ø, Voc=0. 8 V et F. F=0. 17. Une amélioration de l'interface avec le DAAQ permet une augmentation du rendement. Nous avons aussi testé des cellules solaires composées par un réseau interpénétré de deux matériaux organiques (ZnPc :PTCDA) et (PVK : 1,4-DAAQ). Dans le cas d'ITO/ZNPC:PTCDA/Al, le mélange avec 25 % de poids de PTCDA donne un rendement de 0. 09% avec Isc=0. 64 mA/cm ø, Voc=0. 4 V et F. F=0. 35. Le mélange ZnPc :PTCDA étant réalisé par co-évaporation sous vide. L'amélioration de la performance de la cellule solaire par l'introduction de PTCDA dans le ZnPc peut être attribuée à l'expansion du spectre d'absorption, mais aussi à la présence des multi hétérojonctions en volume. . .

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Rousseau, Théodulf. "Elaboration et caractérisation de cellules solaires organiques à base de nouvelles classes de matériaux actifs." Phd thesis, Université d'Angers, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00984367.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'élaboration et la caractérisation de cellules solaires organiques à base de nouvelles classes de matériaux donneurs dérivés de petites molécules solubles. Une première phase de ce travail a été consacrée à l'étude des cellules de type hétérojonction volumique à base de poly(3-hexylthiophène) et d'un dérivé soluble du fullerène C60, le PCBM. Le nombre considérable de travaux déjà publiés sur ces dispositifs en ont fait un système modèle particulièrement approprié à l'étude des différents paramètres expérimentaux impliqués dans la fabrication de ce type de cellules et à leur optimisation. Les protocoles expérimentaux définis sur la base de ces études ont été ensuite appliquées à l'évaluation de deux nouvelles classes de donneurs moléculaires à base du dicétopyrrolopyrrole (DPP) et de dipyrrométhène de bore (BODIPY). Les travaux sur les donneurs dérivés du DPP ont porté sur la réalisation de différentes séries de cellules solaires à hétérojonction planaire et volumique et les résultats obtenus ont permis à la fois d'atteindre des performances intéressantes et de progresser dans la compréhension des relations structure-propriétés dans cette famille de donneurs moléculaires. La dernière partie de ce travail concerne la réalisation et l'étude de cellules solaires à partir d'une classe originale de donneurs moléculaires dérivés du BODIPY. La caractérisation des propriétés électroniques de différentes familles de bodipys ainsi que la fabrication et l'étude de plusieurs séries de cellules solaires ont conduit à des avancées importantes et des rendements parmi les plus élevés obtenus jusqu'à présent sur des BHJ moléculaires à base d'accepteur dérivé du C60 ont été obtenus. Par ailleurs ces travaux ont permis de mettre pour la première fois en évidence des effets coopératifs dans des BHJ moléculaires utilisant des donneurs multiples.

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Sorin, Marie. "Polymères donneur et accepteur d’électrons : synthèse et utilisation comme couche active de cellules solaires organiques." Angers, 2014. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01084912.

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Abstract:

L'objectif des travaux présentés est la synthèse de nouveaux copolymères donneur (D) et accepteur (A) d'électrons pour les cellules solaires organiques. La méthode de synthèse choisie pour accéder à de tels copolymères est la polymérisation radicalaire contrôlée par transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation (RAFT : Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer). Cette méthode est particulièrement bien adaptée pour contrôler la polymérisation d'une grande gamme de monomères fonctionnels donneur et accepteur d’électrons. Dans un premier temps, des monomères fonctionnels donneur et accepteur d’électrons et les polymères associés ont été synthétisés. Cette stratégie a conduit à l’obtention des polymères donneurs d’électrons poly(vinyltriphénylamine)s d’architectures contrôlées. Les difficultés de synthèse et de polymérisation du monomère accepteur d’électrons dérivé du pérylène diimide (PDI) ont conduit à étudier une deuxième stratégie de synthèse de polymères accepteurs d’électrons. Celle-ci a consisté en la modification chimique de copolymères statistiques à base de polyméthacrylates obtenus par polymérisation radicalaire contrôlée RAFT. La modification chimique par estérification a permis l’ancrage d’acides dérivés du PDI et du C60. Les polymères donneur et accepteur d’électrons synthétisés ont ensuite été utilisés comme matériaux actifs dans les cellules solaires à hétérojonctions volumiques (BHJ-SC). Le polymère possédant les groupements C60 stabilise le mélange D/A, il pourrait être utilisé comme compatibilisant de la couche active des BHJ-SC
The aim of the presented research is the synthesis ofnew electron donor (D) and acceptor (A) copolymersand their use in organic solar cells (OSC). The method chosen to access to such copolymers is the controlled radical polymerization by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT). This method is particularly suitable to control the polymerization of a wide range of electron donor and electron acceptor monomers. The first strategy was based on the RAFT polymerization of functional electron donor and acceptor monomers. This strategy led to the preparation of an electron donor polymer poly(vinyltriphenylamine). The difficulty of synthesis and polymerization of electron acceptor monomer based on perylene diimide (PDI)drives us to a second strategy for the synthesis of electron acceptor polymers. This second strategy is based on the chemical modification of random RAFT polymethacrylates-based copolymers. The esterification allowed us to include acids derived from C60 and PDI. The synthesized polymers were then used as the active material in bulk-heterojunction solar cells (BHJ-SC). The copolymer with the C60 groups blocked the thermal degradation of D/A mixture, so this copolymer could find potential application as stabilizer of the active layer of BHJ-SC

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Rousseau, Theodulf. "Elaboration et caractérisation de cellules solaires organiques à base de nouvelles classes de matériaux actifs." Angers, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00984367.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'élaboration et la caractérisation de cellules solaires organiques à base de nouvelles classes de matériaux donneurs dérivés de petites molécules solubles. Une première phase de ce travail a été consacrée à l'étude des cellules de type hétérojonction volumique à base de poly(3-hexylthiophène) et d'un dérivé soluble du fullerène C60, le PCBM. Le nombre considérable de travaux déjà publiés sur ces dispositifs en ont fait un système modèle particulièrement approprié à l'étude des différents paramètres expérimentaux impliqués dans la fabrication de ce type de cellules et à leur optimisation. Les protocoles expérimentaux définis sur la base de ces études ont été ensuite appliquées à l'évaluation de deux nouvelles classes de donneurs moléculaires à base du dicétopyrrolopyrrole (DPP) et de dipyrrométhène de bore (BODIPY). Les travaux sur les donneurs dérivés du DPP ont porté sur la réalisation de différentes séries de cellules solaires à hétérojonction planaire et volumique et les résultats obtenus ont permis à la fois d'atteindre des performances intéressantes et de progresser dans la compréhension des relations structure-propriétés dans cette famille de donneurs moléculaires. La dernière partie de ce travail concerne la réalisation et l'étude de cellules solaires à partir d'une classe originale de donneurs moléculaires dérivés du BODIPY. La caractérisation des propriétés électroniques de différentes familles de bodipys ainsi que la fabrication et l'étude de plusieurs séries de cellules solaires ont conduit à des avancées importantes et des rendements parmi les plus élevés obtenus jusqu'à présent sur des BHJ moléculaires à base d'accepteur dérivé du C60 ont été obtenus. Par ailleurs ces travaux ont permis de mettre pour la première fois en évidence des effets coopératifs dans des BHJ moléculaires utilisant des donneurs multiples
This work deals with the preparation and characterization of organic solar cells based on novel classes of soluble molecular donors. The first chapter is devoted to the study of bulk heterojunction organic solar cells based on poly(3-hexylthiophene) and a soluble derivative of fullerene C60. This type of device is used as a model system to analyze the various experimental parameters involved in the fabrication and optimization of organic solar cells. The experimental procedures defined on the basis of these studies have been subsequently applied to the evaluation of two classes of molecular donors namely diketopyrrolopyrrole (DPP) and boron dipyrromethene (BODIPY). The work on DPP-based donors involved the fabrication of various series of bilayer and bulk heterojunction solar cells. The results of these investigations have led to interesting performances and to a better understanding of structure-properties relationships in this family of molecular donors. The last part of this work concerned the study and realization of solar cells based on an original class of molecular donors derived from BODIPY. The characterization of the electronic properties of different families of BODIPYs as well as the preparation and study of several series of solar cells have led to important progress, and power conversion efficiencies among the highest reported so far for molecular BHJ solar cells based on soluble C60 derivative have been obtained. Furthermore, first evidences of cooperative effects in molecular BHJ using multiple donors have also been presented

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De, Bettignies Rémi. "CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES ORGANIQUES DÉRIVÉES DE NOUVEAUX SYSTÈMES CONJUGUÉS." Phd thesis, Université d'Angers, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00112847.

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Abstract:

Les cellules photovoltaïques (PV) basées sur les semi-conducteurs organiques font l'objet de
recherches motivées par la possibilité de réaliser des cellules solaires de grand surface, flexibles,
légères et bon marché, en profitant de la grande processabilité des matériaux organiques. Face aux
contraintes environnementales et à l'épuisement des ressources d'énergie fossile, le fort regain
d'intérêt pour la conversion PV organique est en grande partie due à la formidable amélioration de
l'efficacité de conversion de cellules solaires organiques accomplies ces dix dernières années.
Dans une première partie de ce travail, nous avons élaboré un protocole expérimental fiable
permettant l'évaluation de nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques donneurs et accepteurs
en cellules solaires de type hétérojonction. La réalisation de cellules à base de phthalocyanine de
cuivre (CuPc) et de C60, par ailleurs déjà décrites dans la littérature, nous a permis de valider un
ensemble de protocoles d'élaboration et de caractérisation des cellules.
Ces procédures ont été ensuite appliquées à l'évaluation d'une série d'accepteurs dérivés du
pérylène dans des cellules comportant la CuPc comme donneur. Cette seconde étape nous a ainsi
permis de sélectionner deux composés accepteurs modèles que nous avons utilisés pour la suite de
ce travail.
La troisième et dernière partie de ce travail a porté sur la réalisation d'hétérojonctions à base
de nouveaux oligomères conjugués hybrides dérivés de trois structures de base : terthiophène,
quaterthiophène et quinquethiophène.Tout d'abord, nous avons cherché à établir de premières
corrélations entre la structure chimique des donneurs et certaines des caractéristiques électriques des
cellules. Enfin, les acquis de cette étude systématique ont contribué à la conception et à la synthèse
de nouveaux donneurs issus d'oligothiophènes à structure ramifiée à l‘aide desquels nous avons pu
réaliser des cellules de type hétérojonction qui figurent parmi les plus efficaces obtenues jusqu'à
présent à partir d'oligo- et de polythiophènes.

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Morlier, Arnaud. "Propriétés barrières de structures hybrides. Application à l'encapsulation des cellules solaires." Thesis, Grenoble, 2011. http://www.theses.fr/2011GRENI056.

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Abstract:

Les matériaux utilisés pour diverses applications en électronique organique ou photovoltaïque denouvelle génération subissent des dégruvent être encapsulés à l’aide de matériaux barrière àl’oxygène et à l’eau. Pour l’encapsulation des cellules photovoltaïques organiadations sous les effets conjugués de l’eau et de l’oxygène. Afinde limiter cette dégradation, ces dispositifs peques, les perméabilités àl’eau (WVTR) et à l’oxygène (OTR) de l’encapsulant ne doivent pas excéder 10-3 g.m-2.j-1 et 10-3cm3.m-2.j-1 respectivement.L’objectif de ce travail de thèse est l’étude et l’élaboration par voie humide d’une structuremulticouche hybride organique/inorganique flexible, transparente et barrière aux gaz ainsi que lacompréhension des mécanismes permettant de limiter la diffusion des gaz au travers de cette structure.Dans un premier temps, le travail de thèse a été consacré à la réalisation d’une couche mince d’oxydede silicium sur substrat polymère à partir d’un précurseur inorganique : le perhydropolysilazane(PHPS). Différentes voies de conversion du précurseur ont été étudiées et comparées. Lesperméabilités à l’eau et à l’oxygène des meilleures couches déposées sur substrat polymère sont del’ordre de 0,1 g.m-2.j-1 et 0,1 cm3.m-2.j-1 respectivement. Ces valeurs sont comparables à cellesobtenues pour des dépôts réalisés par voie plasma.Des structures multicouches hybrides ont été réalisées en intercalant des couches de polymère entredes couches d’oxyde de silicium afin de décorréler les défauts des couches denses. Cela a permisd’atteindre des perméabilités inférieures ou égales à 10-2 g.m-2.j-1 à l’eau et de l’ordre de 10-3 cm3.m-2.j-1 à l’oxygène.Les performances au cours du temps sous irradiation de cellules solaires encapsulées ont étécomparées. L’encapsulation avec le meilleur matériau barrière développé confère une stabilitéremarquable aux cellules.Cette étude a ainsi permis de montrer les structures barrières élaborées par voie liquide constituent unealternative de choix pour l’encapsulation à grande échelle de cellules photovoltaïques
Materials used in organic electronic devices or new generation photovoltaics undergo degradation byoxygen and water. In order to prevent their degradation, the devices should be encapsulated withmaterials showing a low permeability to oxygen and water vapor. For organic solar cellsencapsulation, material permeability to water (WVTR) and oxygen (OTR) should not exceed 10-3 g.m-2.d-1 and 10-3 cm3.m-2.d-1 respectively. The aim of this work is to study and develop a solutionprocessed,flexible, transparent and gas-barrier multilayer inorganic/organic hybrid structure, and tounderstand the mechanisms involved in diffusion limitation through these barriers.Firstly, this work has been dedicated to the realization on a polymer substrate of a thin silicon oxidelayer from an inorganic precursor: the perhydropolysilazane (PHPS). Different precursor conversionpaths have been studied and compared. The best barrier layers on polymer substrate have shownoxygen and water permeabilities of about 0,1 g.m-2.d-1 and 0,1 cm3.m-2.d-1 respectively. This result iscomparable to the permeability of plasma deposited layers.Multilayer hybrid structures have been realized by introducing a polymer layer between inorganiclayers in order to decorrelate the thin layer defects. This achieved permeabilities below 10-2 g.m-2.d-1for water and 10-3 cm3.m-2.d-1 for oxygen.The photovoltaic performances of encapsulated organic solar cells under illumination have beencompared over time. Encapsulation with the best barrier material developed during this work resultedin good device stability.This study has shown that entirely solution-processed barrier materials are a promising option for largescale organic solar cells encapsulation

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Berny, Stéphane. "Transferts de charges assistés par les dithiopyrannylidènes dans les cellules solaires organiques et les hétérostructures magnétiques." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066367.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur la compréhension et l’optimisation des processus de transferts de charges assistés par des semi-conducteurs organiques dans des composants électroniques dédiés à la conversion d’énergie (cellules photovoltaïques) et au stockage de l’information (hétérostructures magnétiques). Nous étudions une nouvelle famille de composés bicycliques quinoïdes, les dithiopyrannylidènes (DITPY), analogues électroniques du TTF et structurellement proches du rubrène. Dans des cellules photovoltaïques utilisant le DITPY comme matériau donneur, le transfert de charge photoinduit vers l’accepteur PCBM n’est pas efficace. Par contre, l’insertion de couches minces nanostructurées de DITPY entre l’anode métallique et le matériau photoactif (P3HT:PCBM) permet d’améliorer le transfert des charges positives vers le circuit externe. Des mesures à l’échelle locale réalisées par microscope à force atomique en mode détection de courant (CS-AFM) nous permettent de proposer une interprétation mécanistique du principe de fonctionnement de ces couches interfaciales anodiques. L’optimisation du transfert de charge provient d’une réduction considérable des pertes électriques liées aux processus de recombinaisons bimoléculaires. La compréhension du comportement du contact métal/DITPY a été étendue au domaine de l’électronique polarisée en spin. L’intégration d’une couche organique ultra-mince entre deux c de Fe3O4 et de cobalt conduit à un transfert efficace par effet tunnel tout en permettant de conserver les aimantations caractéristiques des deux matériaux inorganiques. Ce résultat ouvre notamment des perspectives dans l’utilisation du DITPY dans des jonctions tunnel magnétiques.

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Radbeh, Roshanak. "Réalisation et caractérisation de cellules solaires organiques à couches composites polymères incluant des nanotubes de carbones." Limoges, 2008. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/98be1bcd-7cec-4731-8187-16e3e7b8369e/blobholder:0/2008LIMO4058.pdf.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de remplacer, dans les composites polymères-fullerène actuellement étudiés en tant que couche active de cellules photovoltaïques organiques, les C60 par des nanotubes de carbone (NTC): du fait de leur forme et de leurs propriétés électroniques, on peut les utiliser comme accepteur d’électrons, comme le C60, et assurer de plus un meilleur transport des charges photogénérées vers les électrodes. Afin d’optimiser ce transport, une orientation des NTC dans le composite polymère-NTC (P3HT-NTC) perpendiculairement aux électrodes, par application d’un champ électrique, a été développée dans des dispositifs à électrodes interdigitées. L’observation par microscopie électronique révèle que cette orientation dépend des caractéristiques électriques du champ: amplitude, fréquence et forme du signal. La technique d’orientation a été ensuite transposée dans le cas de structures sandwich typiques des cellules solaires organiques, par application du champ électrique pendant une étape de recuit à température voisine de la transition vitreuse de la matrice polymère. Une augmentation du rendement des cellules solaires organiques a pu être notée dans le cas de l’application d’un champ continu. Une formulation originale des solutions composites, P3HT-PCBM et P3HT-NTC-PCBM, nous a conduit à obtenir des rendements de conversion photovoltaïque à l’état de l’art
The objective of this work is to replace C60 by carbon nanotubes in the fullerenepolymer composites which are currently studied as the active layer in organic solar cells. Considering the shape and the electronic properties of carbon nanotubes, they can be used as electron acceptor materials, such as C60, in solar cells in order to provide better transport of photogenerated charges into the electrodes. To optimize this transportation, nanotube orientation, in the composite, perpendicular to the electrodes was studied. The orientation of nanotubes in a polymer-nanotube (P3HT-NTC) composite was developed by applying an electric field on a planar structure device with interdigited electrodes. The observation by electron microscopy reveals an actual nanotube direction perpendicular to the electrodes, in conditions which depend on electrical characteristics of the field: amplitude, frequency and shape of the signal. Then, the orientation method was transposed to the organic solar cells with sandwich structure by applying the electric field on the electrodes during an annealing temperature near the glass transition of the polymer matrix. A significant increase in the efficiency of organic solar cells can be noted by applying a continuous field. We have obtained an original formulation of the P3HT-PCBM and P3HT-NTC-PCBM composites that led us to obtain PV conversion efficiencies to the state of the art

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Garuz, Richard. "Caractérisations optiques (LBIC, LBIV) et validation d’encres pour des cellules et des modules solaires photovoltaïques organiques." Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0059/document.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse sont en rapport avec la caractérisation de cellules solaires organiques et se déclinent suivant 3 axes :- Dans le cadre du projet IMPCELPHOTOR, nous avons développé un banc de caractérisation LBIC/LBIV permettant de cartographier des dispositifs OPV afin de visualiser et d’identifier les défauts de fonctionnement.- Dans le cadre du projet Européen SPrinTronics, nous avons travaillé sur l’amélioration des électrodes. Pour l’électrode collectrice d’électrons, nous avons sélectionné, testé et validé des encres métalliques à base de nanoparticules d’argent compatibles avec l’impression jet d’encre et permettant de réaliser des dispositifs OPV fonctionnels. Pour l’électrode collectrice de trous, nous avons testé des encres à base de nanofils d’argent et de nanotubes de carbone afin de remplacer l’ITO. Des résultats satisfaisants ont été obtenus avec une encre à base de nanofils d’argent. Cette dernière permet de réaliser des cellules semi-transparentes fonctionnelles sur verre et sur plastique. - Un travail sur l’aspect couleur d’un dispositif OPV a été mené au sein du projet PHASME. Nous avons mis en œuvre différentes techniques afin de modifier la couleur d’un dispositif OPV sans détruire ses performances photovoltaïques, le but étant de réaliser des modules polychromes. Nous avons développé simultanément un logiciel de colorimétrie permettant de contrôler et de prévoir le rendu de couleur dû à l’ajout de filtre coloré sur le dispositif OPV
The work of this thesis is related to the characterization of organic solar cells and is structured in three independant parts :- Within the IMPCELPHOTOR project, we developed an experimental bench based on LBIC/ LBIV mapping, in order to visualize and identify defects within OPV device and modules.- Within the European SPrinTronics project, we worked on the improvement of OPV electrodes. For the top electrode, we selected, tested, and validated metallic inks based on silver nanoparticles compatible with inkjet printing. For the bottom electrode, we tested silver nanowires and carbon nanotubes inks to replace ITO. Satisfactory results have been obtained with an ink based on silver nanowires, which allowed us to obtain functional semi-transparent cells on glass and plastic.- Within the PHASME project, we worked on the visual aspect of a coloured OPV device. We implemented various strategies to change the color of an OPV device without altering its photovoltaic performance, the aim being to achieve full color modules. Simultaneously, we developed a colorimetric software to control and predict the color rendering on the final device (OPV plus filter)

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Bekale, Laurent Adonis. "Élaboration de cellules solaires organiques à base de tétra-tert-butyl-phthalocyanine de zinc (TTB-ZnPc)." Thèse, Université du Québec à Trois-Rivières, 2012. http://depot-e.uqtr.ca/5165/1/030350161.pdf.

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Chakaroun, Mohamad. "Evaluation de nouveaux concepts d'encapsulation des cellules solaires organiques pour l'amélioration de leur durée de vie." Limoges, 2010. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/7b88fbd7-3a45-478e-b908-51078838e14e/blobholder:0/2010LIMO4024.pdf.

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Abstract:

Les composants électroniques organiques présentent de nombreux avantages (bas coût, flexibilité. . ,) mais leur insertion dans le marché est limitée par une courte durée de vie à l'air libre. L'objectif de la thèse est de développer de nouvelles architectures de cellules photovoltaïques organiques pour améliorer leurs performances et leur durée de vie. Nous avons développé une nouvelle architecture d'anode tri-couche ITO/métal/ITO obtenue par pulvérisation par faisceau d'ions; elle a été expérimentée avec succès dans le cas des cellules photovoltaïques. Une optimisation de la forme géométrique de cette anode s'est avérée nécessaire pour limiter la puissance dissipée dans cette électrode; sa structure optimisée en forme de triangle isocèle permet de réduire les pertes dissipatives provoquant une amélioration des paramètres photovoltaïques. Finalement, nous avons réalisé une structure à cathode auto-protectrice, qui permet d'obtenir une durée de vie des cellules photovoltaïques organiques à l'air libre sous illumination continue 36 fois plus longue que celle d'une cellule sans encapsulation
Organic electronic devices such as the photovoltaic cells presented in this thesis have several advantages (low cost, flexibility. . . ) but their market viability is limited by their short lifetime in air. The objective of this work is to develop new architectures of organic photovoltaic cells to improve their performance and lifetime. We have developed a new architecture of the ITO/metal/ITO tri-layer anode obtained by ion beam sputtering, which was successfully used in our photovoltaic cells. An optimization of the geometric form of this anode is needed to limit the dissipated power; the structure which is optimized in the form of an isosceles triangle results in the decrease of dissipated losses leading to an improvement of the photovoltaic parameters. Finally, we have designed and fabricated cells incorporating an auto-protected cathode, which yielded a significant improvement of cell lifetime (36 times longer) in air under continuous illumination relative to that of a cell without auto-encapsulation

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Tournebize, Aurélien. "Structure électronique et stabilité de matériaux pour le photovoltaïque organique." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22654/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a été consacré à l’étude de la stabilité dans différents milieux des matériaux constitutifs de la couche active des cellules solaires organiques. Les deux objectifs principaux étaient premièrement d’approfondir la compréhension sur certains mécanismes complexes intervenant dans la couche active, et deuxièmement d’étudier les processus de dégradation intervenant spécifiquement aux interfaces de la couche active au sein de la cellule. La première partie de ce mémoire est consacrée à l’étude de la dégradation photochimique et thermique de la couche active des cellules solaires en faisant varier le matériau polymère qui la constitue. La deuxième partie est dédiée au rôle d’un troisième composant de la couche active que peut être la présence d’additifs résiduels provenant de la mise en forme, ou d’un additif stabilisant ajouté à dessein. La troisième partie est consacrée au processus de délamination susceptible d’intervenir à l’interface couche active / couche transporteuse de trous. Enfin, une dernière partie concerne l’étude de l’alignement des niveaux énergétiques entre la molécule de C60 et divers substrats transporteurs d’électrons. L’influence de la lumière et de la température sur les propriétés d’interface couche active / couche transporteuse d’électrons est également reportée
This word was devoted to the stability in various conditions of materials used in the active layer of organic solar cells. The main goals of this work were first to provide deeper understanding about complex mechanisms occurring in the active layer and second to investigate interfacial degradation pathways involving the active layer. A first part was dedicated to the photo and thermal stability of the polymer blend materials which constitute the active layer of the solar cells. A second section focused on the role of the third component of the active layer which can be undesired residual additives coming from the processing or the desired insertion of a stabilizer additive. A third part concerned the delamination issue which takes place at the active layer / hole transporting layer interface. Finally, a last section was devoted to the energy level alignment between the C60 molecules and various electron transporting substrates. The photo and thermal stability of the active layer / electron transporting layer interface was also studied in this section

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Gernigon, V. "Utilisation de copolymères à blocs dans les cellules solaires organiques : morphologie, transport de charges et conversion photovoltaïque." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00677150.

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Abstract:

Les matériaux les plus répandus dans le domaine du photovoltaïque (PV) organique à base de polymères correspondent au mélange poly(3-hexylthiophène) régiorégulier (rr-P3HT):[6,6]-phenyl-C61-butyric acide methyl ester (PCBM). La couche active est une hétérojonction en volume de domaines interpénétrés accepteur d'électron (le PCBM) et donneur d'électron (le P3HT) de taille caractéristique de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Le contrôle de la morphologie de la couche active à l'échelle nanométrique et de sa stabilité est un défi majeur pour le développement des cellules organiques et est au centre de ce travail de thèse. Dans un premier temps, nous avons cherché à contrôler ainsi qu'à améliorer la stabilité de la morphologie de la couche active via l'utilisation de compatibilisant au sein du mélange P3HT:PCBM. Deux familles de copolymères à blocs rigide et souple ont été étudiées. Elles ont en commun la nature de leur bloc rigide (à base de P3HT) et diffèrent par leur bloc souple. Pour la première famille de matériaux, le bloc souple poly-butylacrylate (P(BA-stat-CMS)) est greffé de C60, ce qui lui confère une affinité chimique avec les domaines de PCBM, et la seconde famille a un bloc souple poly(4-vinylpiridine) (P4VP) non greffé en C60. De par son affinité chimique avec le C60 du PCBM, le PCBM se localisera préférentiellement au voisinage des domaines P4VP. Le but de cette première étude est de déterminer l'impact de la nature du bloc souple sur la morphologie des couches, et de manière indirecte sur les performances PV. Dans un deuxième temps, les copolymères à blocs sont étudiés en tant que matériaux photo-actifs. En effet, l'auto-assemblage des copolymères engendre une structuration en nanodomaines. La forte affinité de la P4VP avec le PCBM se traduit par une accumulation préférentielle du PCBM dans les domaines P4VP, apportant ainsi la fonction d'accepteur d'électron à ces domaines. Des blocs souples de longueur différente sont comparés afin d'appréhender l'influence de la taille des blocs sur l'organisation du copolymère ainsi que sur les propriétés de transport de charge et sur les performances PV.

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Gernigon, Véronique. "Utilisation de copolymères à blocs dans les cellules solaires organiques : morphologie, transport de charges et conversion photovoltaïque." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00744967.

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Abstract:

Les matériaux les plus répandus dans le domaine du photovoltaïque (PV) organique à base de polymères sont le poly(3-hexylthiophène) régiorégulier (rr-P3HT) et le [6,6]-phenyl-C61-butyric acide methyl ester (PCBM). La couche active est une hétérojonction en volume (BHJ) de nanodomaines interpénétrés accepteur d'électron (le PCBM) et donneur d'électron (le P3HT). Le contrôle de la morphologie de la couche active et de sa stabilité est un défi majeur pour le développement des cellules organiques et est au centre de ce travail de thèse.Dans un premier temps, nous avons cherché à contrôler la morphologie du mélange P3HT:PCBM via l'utilisation de compatibilisants. Deux familles de copolymères à blocs rigide et souple ont été étudiées. Elles ont en commun leur bloc rigide à base de P3HT et diffèrent par leur bloc souple. Pourla première famille, le bloc souple poly-butylacrylate est greffé de C60, ce qui lui confère une affinité chimique avec les domaines de PCBM, et la seconde famille a un bloc souple poly(4-vinylpiridine) (P4VP) non greffé en C60. De par son affinité chimique avec le C60, le PCBM se localisera préférentiellement au voisinage des domaines P4VP.Dans un deuxième temps, nous avons exploité les propriétés d'auto-assemblages des copolymères à blocs afin de les étudier en tant que matériaux photo-actifs. Nous avons cherché à appréhender l'influence de la nature du bloc flexible let de a taille des blocs souple et rigide sur l'organisation des copolymères ainsi que sur les propriétés de transport de charge et sur les performances PV.

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Richler, Kevin-Davis. "Modélisation du couplage électron-vibration dans les cellules solaires organiques : une approche par champ moyen dynamique inhomogène." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY052.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous avons tout d’abord développé une théorie du champ moyen dynamique non homogène (I-DMFT) qui convient pour étudier les interactions électron- phonon dans des systèmes non invariants par translation. L’approche présentée, dont la seule hypothèse est celle d’une énergie propre locale dépendante du site, retrouve à la fois la solution exacte d’un électron pour un hamiltonien générique à liaisons fortes dans la limite de sans interaction et la solution DMFT pour le petit polaron dans les systèmes invariants par translation. Pour illustrer ses capacités, nous avons appliqué l’I-DMFT pour étudier la formation de polarons en présence d’impuretés isolées. Nous avons constaté que l’I- DMFT est plus précis que l’approximation de la moyenne inhomogène de la quantité de mouvement (IMA) et donne des résultats quantitatifs proches des calculs de Monte Carlo. Pour illustrer ses capacités numériques, nous utilisons ensuite l’I-DMFT pour étudier les effets des défauts intégrés sur une surface bidimensionnelle. Les cartes calculées de la densité locale d’états révèlent des oscillations de Friedel, dont la périodicité est déterminée par la masse du polaron. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur le mécanisme de séparation interfacial électron-trou dans les systèmes prototypes de cellules solaires organiques. En utilisant l’I-DMFT, nous présentons une simulation entièrement quantique de la dynamique des porteurs de charge qui prend en compte les interactions électron-phonon, les désordres statiques et les champs électrostatiques. En particulier, ces simulations offrent la possibilité de calculer le taux d’injection de charge à l’interface donneur-accepteur, une quantité d’intérêt expérimental fondamental. Ceci constitue un premier pas vers un défi de longue date concernant le PVO, établissant ainsi un lien entre la chimie et la physique.Dans un premier temps, nous avons appliqué l’I-DMFT á un modèle générique unidimensionnel d’Hamiltonien, dont les paramètres modélisent la dynamique des porteurs de charge dans l’acide méthyl ester méthylique-C61 (PCBM) ou C60 systèmes accepteurs. Nos résultats montrent que les potentiels dynamiques (liés à la formation de polarons), comparés aux potentiels statiques aléatoires, peuvent présenter le principal mécanisme de perte préjudiciable dans les dispositifs PVO. Dans cette perspective, les molécules organiques avec des ́energies de r ́eorganisation mod ́er ́ees devraient ˆetre utilis ́ees pr ́ef ́erentiellement dans les matériaux de nouvelle génération, car l’augmentation de l’interaction électron-phonon entrave la gamme des énergies d’électrons entrantes appropriées en raison de la fragmentation de la densité d’états locale en sous-bandes polaroniques étroites. Enfin, nous avons appliqué l’I-DMFT à un hamiltonien modèle générique en trois dimensions, dont les paramètres modélisent les champs électrostatiques des charges dans les systèmes PCBM en trois dimensions et les systèmes accepteurs C60. Ces champs présentent un pic important sur une interphase étroite issue de la présence de petites molécules de fullerènes dans le matériau donneur. Nous montrons ensuite que de tels champs, lorsqu’ils sont suffisamment importants et correctement polarisés, peuvent exercer une influence positive sur l’efficacité de la séparation des charges à travers des interfaces organiques. Dans cette perspective, les matériaux présentant des champs électrostatiques et mésoéchelle forts et correctement polarisés doivent être sondés lors de la conception de dispositifs PVO de nouvelle génération, car ces champs étendent la gamme des énergies d’électrons entrantes appropriées et augmentent le rendement quantique. Globalement, la mise en œuvre numérique facile de l’I-DMFT et son application dans le traitement de la dynamique des porteurs de charge dans des systèmes donneur-accepteur tridimensionnels permettent d’étudier avec précision des problèmes auparavant difficiles d’accès
In this thesis, we have developed an inhomogeneous dynamical mean-field theory (I-DMFT) that is suitable to investigate electron-phonon interactions in non-translationally invariant and/or inhomogeneous systems. The presented approach, whose only assumption is that of a local, site-dependent self-energy, recovers both the exact solution of an electron for a generic random tight-binding Hamiltonian in the non-interacting limit and the DMFT solution for the small polaron problem in translationally invariant systems. To illustrate its full apabilities, we have applied I-DMFT to study polaron formation in the presence of isolated impurities, where we have found that I-DMFT is more accurate than the inhomogeneous momentum average approximation (IMA) and gives quantitative accurate results when compared to the approximation free diagrammatic Monte Carlo calculations. We then use I-DMFT to study the effect of defects embedded on a two-dimensional surface. The computed maps of the local density of states reveal Friedel oscillations, whose periodicity is determined by the polaron mass. This can be of direct relevance for the interpretation of scanning-tunneling microscopy (STM) experiments on systems with sizable electron-lattice interactions. Next, we have focused on the interfacial electron-hole separation mechanism in prototypical organic photovoltaic donor-acceptor systems. Using I-DMFT, we present a fully quantum dynamical simulation of the charge carrier dynamics that considers the interplay of electron-vibration interactions, static-disorder, and electrostatic fields. In particular, these simulations provide the possibility to compute the charge injection rate at the donor-acceptor interface, a quantity of fundamental experimental interest, presenting one first step forward to a long-standing cumbersome challenge in OPV, thereby bridging between chemistry and physics. As a first step, we have applied the I-DMFT to a generic one-dimensional model Hamiltonian, whose parameters model the charge carrier dynamics in prototypical Phenyl- C61-butyric acid methyl ester (PCBM) or C60 acceptor systems. Our results show that dynamic potentials (related to polaron formation), when compared to random static po- tentials, can present the main detrimental lose mechanism in OPVs devices. From this perspective, organic molecules with moderate reorganization energies should be used pref- erentially in next-generation materials since increasing the electron-phonon interaction hinders the range of suitable incoming electron energies due to the fragmentation of the local density of states into narrow polaronic sub-bands. As a final step, we have applied the I-DMFT to a generic three-dimensional model Hamiltonian, whose parameters model charge splitting force fields at three-dimensional PCBM and C60 acceptor systems. These fields are sharply peaked over a narrow interphase stemming from the protrusion of small fullerene molecules into the donor domain. We then show that such fields, when dimensioned sufficiently and poled correctly, can provide an uplifting influence on the charge separation efficiency across organic interfaces. From this perspective, materials that present sufficiently and correctly poled strong electrostatic, mesoscale fields should be probed in the design of next-generation OPV devices since such fields extend the range of suitable incoming electron energies and increase the quantum yield. Overall, the easy numerical implementation of I-DMFT and its successful application in treating the charge carrier dynamics at prototypical three-dimensional donor-acceptor systems allows one to study accurately and without further difficulties problems that were previously difficult to access

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Aumaitre, Cyril. "Synthèse et études de matériaux organiques absorbeurs visible-proche infrarouge pour la réalisation de cellules solaires hybrides." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAV050/document.

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Abstract:

A l’échelle mondiale, la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique est de plus en plus importante. Basées sur le principe de la photosynthèse, les cellules solaires à colorant sont une des technologies émergentes viables pour une intégration en bâtiment. Ces cellules hybrides utilisent un oxyde semi-conducteur inorganique dont la surface est recouverte d’un colorant organique. L’absorption de la lumière incidente par ce colorant va provoquer l’injection d’un électron de l’état photo-excité de la molécule dans la bande de conduction de l’oxyde. Un médiateur rédox présent dans l’électrolyte va venir régénérer le colorant oxydé et générer un courant sous illumination. Les colorants déjà décrits dans la littérature présentent déjà des rendements de conversion pouvant atteindre 14 % mais très peu de ces matériaux peuvent absorber jusque dans la gamme proche infrarouge (700-1000 nm). Pourtant l’absorption des photons de cette gamme spectrale pourrait mener à une plus grande densité de courant générée et à de meilleures performances globales. Dans ce contexte, ce travail présente une étude complète de nouveaux colorants absorbeurs panchromatiques capable de collecter des photons jusque dans la gamme proche infrarouge. Pour cela, l’approche « donneur-accepteur » a été utilisée afin d’obtenir les propriétés optoélectroniques désirées. Une première famille à base de dérivés du benzothiadiazole a été développée conduisant à de très bonnes propriétés d’absorption dans la gamme proche infrarouge (absorption jusqu’à 925 nm). Les propriétés optiques, électrochimiques et photovoltaïques de ces matériaux ont été étudiées afin de comprendre les limitations de ces matériaux pour une application en cellules solaires. Suite à cela, une nouvelle famille de colorant à base de dérivés de l’isoindigo a été synthétisée et étudiée par spectroscopie UV-Visible, électrochimie et simulation DFT. Ces composés absorbent fortement dans la gamme UV-visible et proche infrarouge jusqu’à 848 nm. Après avoir optimisé les conditions d’imprégnation et de formulation de l’électrolyte, nous avons atteint un rendement de conversion en dispositif de 5,76%. Des mesures photophysiques nous ont permis d’avoir une compréhension fine des facteurs limitant l’efficacité de conversion de ces colorants. Fort de ce constat, nous avons amélioré la structure d’une des molécules pour atteindre un rendement de 7,0 %. Nous avons aussi de manière prospective testé différents matériaux alternatifs au système TiO2/iode classiquement utilisé
On a global scale, the share of renewable energies in the energy mix is constantly increasing. Based on the principle of photosynthesis, Dye-Sensitized Solar Cells are an emerging technology for Building Integration Photovoltaic (BIPV). These hybrid cells use an inorganic semiconductor oxide whose surface is covered with an organic dye. The absorption of the incident light by this dye will cause the injection of an electron from the photo-excited state of the molecule into the conduction band of the oxide. A redox mediator present in the electrolyte will regenerate the oxidized dye and generate a current under illumination. The dyes already described in the literature shows efficiencies reaching 14%. On the other hand, very few of these materials can absorb up to the near infrared range (NIR) (700-1000 nm). Thereby, the absorption of the NIR spectral range could lead to a greater photo-generated current density. In this context, this work presents a complete study of new panchromatic dyes extending into the near infrared range. For this study, the "donor-acceptor" approach was used to obtain the desired optoelectronic properties. A first family based on benzothiadiazole derivatives has been developed leading to very good absorption properties in the NIR region (absorption up to 925 nm). The optical, electrochemical and photovoltaic properties of these materials have been studied in order to understand the limitations for solar cell applications. Following this, a new dye family based on isoindigo derivatives was synthesized and studied by UV-Visible spectroscopy, electrochemistry and DFT simulation. These compounds strongly absorbs in the UV-visible and NIR spectral range up to 848 nm. The dyeing bath composition and the electrolyte formulation were optimized in order to obtain a device conversion efficiency of 5.76%. Photophysical measurements have allowed us to have a fine understanding of the limiting factors of these dyes. On the basis of this observation, we improved the structure of one of the dye and witg this new molecule we reached a power conversion efficiency of 7.0% with a UV-Visible and near infrared absorption for the solar cell. In the last part of this work we have also obtained preliminary results employing various alternative materials to the TiO2/iodine system

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Marzouk, Samir. "Synthèse et caractérisation de molécules en haltère à base de phtalocyanines pour l’élaboration de cellules solaires organiques." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAE006/document.

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Abstract:

L’objectif de la thèse consiste à développer une série des molécules d’architecture en haltère à base de phtalocyanine et à caractère donneur, pour l’élaboration de cellules solaires organiques. Plus particulièrement, les molécules sont des triades entièrement conjuguées, constituées de deux phtalocyanines de zinc séparés par un chromophore rigide de nature variable (un dérivé de benzothiadiazole, d’isoindigo ou de dikétopyrrolopyrrole). Dans ce travail, nous avons cherché à optimiser les modes de synthèse en utilisant différentes réactions de couplages catalysées. Nous avons également cherché à faire varier la nature du cœur et le nombre de chaînes ramifiées périphériques, afin d’étudier leur impact sur les niveaux d’énergie et les propriétés optiques, structurales, de transport de charge et enfin photovoltaïques
This work reports a series of dumbbell-shaped molecules based on phthalocyanine with an electro-donating character, to be used in organic solar cells. More particularly, the molecules are fully-conjugated triads, made of two zinc phthalocyanine fragments separated by a rigid central dye of different nature (derivative of benzothiadiazole, isoindigo or diketopyrrolopyrrole). The synthesis of the materials was optimized by varying the type of the cross-coupling reactions. The properties of the molecules (absorption, energy levels, structure, charge transport and photovoltaic) were investigated as function of the nature of the central dye and the peripheral ramified chains on the phthalocyanine fragments

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Richet, Marina. "Cellules photovoltaïques organiques sur substrat flexible avec électrode supérieure transparente." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0035.

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Abstract:

Une cellule photovoltaïque organique est constituée d’une couche photoabsorbante comprise entre deux électrodes dont l’une au moins est transparente. Généralement, les cellules sont illuminées au travers de l’électrode inférieure transparente d’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO). Néanmoins, de nombreuses applications comme l’automobile nécessitant un éclairage par le dessus du module, nous nous sommes intéressés à l'élaboration de cellules photovoltaïques sur substrat flexible, avec l'électrode inférieure opaque et l'électrode transparente déposée sur le dessus de la cellule. Deux types d'architectures ont été développés. Dans le premier cas, la cellule solaire organique finale a été entièrement déposée par des techniques de dépôt en voie liquide avec les deux électrodes en PEDOT:PSS imprimées par jet d’encre. Dans le second cas, les cellules ont été élaborées sur électrode d'argent avec une électrode supérieure transparente tricouche oxyde/métal/oxyde (MoO3/Ag/MoO3) évaporée thermiquement. Les cellules solaires organiques réalisées selon la seconde architecture ont été connectées en série afin de créer un module photovoltaïque organique. Ce dernier a permis d’alimenter et de faire briller une LED
An organic solar cell is made of a photoactive layer sandwiched between two electrodes among which one at least is transparent. Usually, solar cells are illuminated through the tin-doped indium oxide (ITO) bottom transparent electrode. Nevertheless, many applications like automobile requiring illumination from above the module, we designed photovoltaic cells on a flexible substrate, with an opaque bottom electrode and a top transparent one. Two types of architectures were developed. At first, the final organic solar cell was fully deposited by solution-process with both electrodes made of ink-jet printed PEDOT:PSS. Then the cells were elaborated on a silver bottom electrode with a transparent evaporated oxide/metal/oxide (MoO3/Ag/MoO3) top electrode. The organic solar cells made according to the second structure were connected in series to create an organic photovoltaic module. It allowed to power and shine a white LED

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Dissertations / Theses on the topic 'Cellules solaires organiques – Surfaces'

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