Dissertations / Theses: 'Cellule solaire organique'

1

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.

Full text

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.

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

2

Bourgeteau, Tiphaine. "Development of hybrid photocathodes for solar hydrogen production." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01215429v1/document.

Full text

Abstract:

L’utilisation des énergies renouvelables, qui sont intermittentes, à l’égal des énergies fossiles (échelle du TW) doit passer par leur conversion et stockage en un vecteur transportable. L’hydrogène semble le vecteur énergétique idéal qui peut être produit à partir de l’eau et de l’énergie solaire. Ce carburant peut ainsi être stocké, transporté puis utilisé à la demande en le combinant avec l’oxygène dans une pile à combustible. Les cellules photo-électrochimiques (PEC) utilisées pour la conversion ne sont actuellement pas rentables car les matériaux majoritairement utilisés pour leur fabrication, tels que le platine et les semiconducteurs cristallins, sont rares ou chers. Le point clé est de trouver des matériaux qui soient disponibles en grande quantité et facilement mis en forme. Ce travail de thèse concerne le développement d’une photocathode sans matériau rare pour la photoproduction de H2 via la réduction des protons à partir de l’énergie solaire et de l’eau. Pour cela, une cellule solaire à hétérojonction polymère-fullerène (P3HT:PCBM) a été couplée directement à un catalyseur sans métal précieux, MoS3. La cellule solaire absorbe les photons, et les électrons photogénérés sont ensuite acheminés jusqu’au catalyseur qui les utilise pour produire l’hydrogène. Après avoir étudié chacun des matériaux (cellule solaire et catalyseur) séparément et vérifié le bon alignement des niveaux énergétiques, les premiers assemblages ont été faits par des procédés en solution. Les méthodes de dépôt ont dû être adaptées en fonction de la nature des matériaux. Ainsi, le spin-coating et le spray ont été utilisés respectivement pour déposer la partie photovoltaïque et le catalyseur. Les caractérisations photo-électrochimiques mises en place ont permis de mettre en évidence la présence d’un photo-courant (100 µA cm–2) correspondant à la production d’hydrogène, qui a été analysé par chromatographie en phase gazeuse. Ces résultats ont permis de montrer la viabilité des photocathodes hybrides sans matériau noble. Afin d’augmenter les performances des photocathodes, de nouvelles configurations ont été conçues. Dans un premier temps des matériaux d’interface entre la couche mince photovoltaïque et le catalyseur ont été étudié (couche extractrice d’électrons, CEE) pour améliorer la collection des électrons photogénérés par le catalyseur. Parmi les métaux étudiés, l’aluminium protégé par le titane a permis d’atteindre des photocourants de 10 mA cm–2. Cependant la présence de l’aluminium induisait une instabilité en milieu aqueux, aussi des oxydes (TiOx) et des matériaux organiques (fullerène C60 et graphène) ont été envisagés. Le TiOx n’a permis qu’une légère amélioration par rapport aux photocathodes sans CEE, tandis que le C60 a permis d’atteindre 5 mA cm–2 mais avec une stabilité moindre par rapport aux CEE métalliques. L’origine de l’amélioration des performances a été attribuée à l’isolement de la jonction photovoltaïque par rapport à l’électrolyte. Dans une deuxième approche, la couche extractrice de trous (CET) située entre l’électrode transparente et le P3HT:PCBM a été remplacée par des oxydes amorphes (oxyde de graphène (GO), MoOx, NiOx). Ce changement a permis la réalisation de photocathodes performantes et stables pendant plusieurs heures, avec des températures de dépôt ne dépassant pas 150 °C dans le cas du MoOx et du GO. L’augmentation des performances semblant aller de pair avec l’augmentation du travail de sortie de la CET, il a été suggéré que la différence des niveaux de Fermi de la CET et de l’électrolyte avait un impact sur la capacité de la photocathode à séparer les charges et les utiliser pour la photocatalyse. Les photocathodes avec MoOx (matériau testé avec le plus grand travail de sortie) ont les meilleurs rendements (plusieurs mA cm–2 et un photovoltage de 0. 6 V), et présentent une plus grande stabilité par rapport aux photocathodes ayant une CTE métallique
One of the challenges of the 21st century is to produce clean and inexpensive energy at the TW scale to face the increasing energy demand and the global climate change. Because renewable energies are intermittent, they must be converted and stored in order to use them at the same scale of fossil energies. Hydrogen appears to be an ideal energy carrier when it is produced from water and sunlight. This fuel can be stored, transported and use on-demand by its combination with oxygen, for example in a fuel cell. Photo-electrochemical (PEC) cells able to carry out the photo-electrolysis of water are not yet cost-effective, because most of the materials used for their fabrication are rare or expensive (platinum, crystalline semiconductors). Producing hydrogen in a PEC cell at industrial scale depends on the finding of readily-available and easily-processed materials. In this thesis, the development of a noble-metal free hydrogen-evolving photocathode was undertaken, to reduce protons from light and acidic water. The photo-converting unit was based organic semiconductors organized in a polymer-fullerene bulk-heterojunction layer (P3HT:PCBM) coupled to amorphous molybdenum sulfide (MoS3) as a catalyst. In the device, the P3HT:PCBM layer absorbs the photons and the photogenerated electrons are then transported to the interface with the catalyst, which uses the electrons to produce hydrogen. After studying each material (catalyst and solar cell) separately and checking the alignment of their energy levels, the first assemblies were made by solution processes. The deposition methods were adapted depending on the nature of the materials. Spin-coating and spray were used for the deposition of the light-harvesting unit and the catalyst, respectively. With the photo-electrochemical characterization setup, a photocurrent of up to 100 µA cm–2 was obtained, corresponding to production of hydrogen, as analyzed by gas chromatography. These first results proved the viability of the concept of this hybrid noble-metal free photocathode. In order to improve the photocathode performance, new configurations were designed. Firstly, interfacial materials placed between P3HT:PCBM and MoS3 (electron-extracting layer, EEL) were studied to improve charge collection by the catalyst. Among studied materials, photocathodes with titanium-protected aluminum reached up to 10 mA cm–2 of photocurrent. The presence of aluminum induced instability in aqueous media, so that oxides (TiOx) and organic materials (C60 fullerene and graphene) were considered. TiOx brought only a slight improvement compared to photocathodes without EELs, while C60 allowed to reach 5 mA cm–2 but with a lower stability compared to metallic EELs. The origin of the increased performances with EELs was attributed to the burying of the photovoltaic junction, removing the influence of the electrolyte. Secondly, the material between the transparent electrode and the photovoltaic part, i. E. The hole-extracting layer (HEL), was replaced by amorphous oxides (graphene oxide (GO), MoOx, NiOx). It led to the fabrication of performant photocathodes, stables for several hours, by process temperatures below 150 °C in the case of MoOx and GO. The increase of the performance seemed to be related to the increase of the HEL work function, leading to the suggestion that the Fermi level difference between the HEL and the electrolyte has an impact on the capacity of the photocathode to separate the charges and use them for photocatalysis. The most performant photocathodes (several mA cm–2 and 0. 6 V of photovoltage) were the one with MoOx, i. E. The material with the largest work function, and had a much better stability than the photocathodes with metallic EELs

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

3

Derue, Lionel. "Stabilisation thermique de la couche photo-active dʼune cellule solaire organique par réticulation." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00933501.

Full text

Abstract:

Dans une configuration optimale, la couche photo-active d'une cellule solaire organique forme une hétérojonction volumique entre un matériau donneur et un matériau accepteur d'électrons. Cette morphologie optimale se trouve dans un état thermodynamique métastable. En cours de fonctionnement, l'absorption incidente provoque une élévation de la tempéra- ture des dispositifs. L'apport d'énergie thermique au système le fait évoluer vers un état thermodynamique stable correspondant à une micro-séparation de phase entre les deux matériaux nuisible aux performances photovoltaïques du dispositif. La solution à cette problématique envisagée dans cette thèse est de figer la morphologie optimale de la couche photo-active par réticulation chimique. Dans le but de prévenir la diffusion et la cristallisation des dérivés du fullerène, plusieurs approches ont été étudiées : la formation d'une maille de polymères réticulés, l'accroche des dérivés du fullerène aux chaînes du polymères ou la liaison entre plusieurs dérivés du fullerène. Les différentes fonctions réticulantes utilisées dans ces approches sont l'allyle, le cinnamate, l'anthracène et l'azoture. Au cours de ces travaux, des résultats satisfaisants ont été obtenus avec la fonction azoture. Basé sur cette fonction, nous avons développé un additif qui permet d'augmenter notablement la stabilité thermique des cellules solaires réticulées. Cette approche a été validée sur plusieurs couples de matériaux polymères/dérivés du fullerène à l'état de l'art.

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

4

Dauzon, Emilie. "Matériaux et dispositifs organiques flexibles et extensibles pour application dans l'optoélectronique émergente." Thesis, CY Cergy Paris Université, 2020. http://www.theses.fr/2020CYUN1059.

Full text

Abstract:

Les nouvelles technologies nécessiteront de plus en plus de matériaux conformes capables de s'adapter à des surfaces incurvées, de s'étirer et de résister mécaniquement aux mouvements de notre corps pour des applications portatives et de peaux artificielles. À cet égard, ce travail discute des stratégies pour induire l'extensibilité dans les matériaux. Nous avons concentré notre attention sur l'amélioration de l'élasticité des électrodes conductrices transparentes (ETC) à base de PEDOT: PSS et des semi-conducteurs (couche active) pour les cellules solaires organiques.Premièrement, il a été démontré que l'introduction du DMSO et du Zonyl en tant qu'additifs dans PEDOT: PSS produisait des électrodes conductrices hautement transparentes (FoM> 35) avec un module d'Young faible et une densité de charges élevée. Nous avons étudié la relation entre les propriétés de transport du PEDOT: PSS et la morphologie et la microstructure de ses films. La combinaison des deux additifs améliore la nature fibrillaire et les agrégations de PEDOT et PSS.Deuxièmement, les ETC à base de PEDOT: PSS ont été fabriquées en utilisant une approche innovante qui combine un réseau polymère interpénétré d'oxyde de polyéthylène et du Zonyl. La présence d'une matrice tridimensionnelle a fourni une conductivité électrique, une élasticité et une durabilité mécanique élevées. Le potentiel de cette électrode a été démontré avec des cellules solaires sans oxyde d'indium-étain (ITO) avec une efficacité de conversion similaire à celle de l'ITO.Enfin, la recherche a été complétée par l'intégration d'un réticulant ou d'un élastomère dans la couche active pour améliorer son extensibilité tout en conservant d'excellentes performances photovoltaïques. En particulier, l'élastomère SEBS présentait une élasticité adaptée avec divers accepteurs et donneurs composé de fullerène et de non fullerène: P3HT: PC61BM, PCE10: PC71BM et PCE13: IT-4F. Cette approche polyvalente met en évidence la facilité de fabrication et d’évolutivité obtenues par des processus en solution ainsi qu'une compatibilité élevée avec différents mélanges d’accepteurs et donneurs
New technologies will require more and more compliant materials capable of conforming to curved surfaces, i.e., able to stretch and mechanically resist body motions for wearable and on-skin applications. In this regard, this work discusses strategies to induce stretchability in materials. We focused our attention on improving the elasticity of transparent conducting electrodes (TCE) based on PEDOT:PSS and semiconductors (active layer) for organic solar cells.Firstly, the introduction of DMSO and Zonyl as additives into PEDOT:PSS was shown to produce highly transparent conducting electrodes (FoM > 35) with low Young’s modulus and high carrier density. We investigated the relationship between the transport properties of PEDOT:PSS and the morphology and microstructure of its films. The combination of the two additives enhances the fibrillary nature and the aggregations of both PEDOT and PSS components of the films.Secondly, stretchable TCEs based on PEDOT:PSS were fabricated using an innovative approach that combines an interpenetrated polymer network-based on polyethylene oxide and Zonyl. The presence of three-dimensional matrix provided high electrical conductivity, elasticity, and mechanical recoverability. The potential of this electrode was demonstrated with indium-tin-oxide (ITO)-free solar cells with a power conversion efficiency similar to ITO.Finally, the research was completed by integrating a cross-linker or an elastomer into the active layer to enhance its stretchability while maintaining excellent photovoltaic performance. In particular, SEBS elastomer exhibited a tailored elasticity with various fullerene and non-fullerene blends: P3HT:PC61BM, PCE10:PC71BM and PCE13:IT-4F. This versatile approach highlights the ease of manufacturing and scalability achieved by the solution casting processes along with a high compatibility of acceptor and donor blends

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

5

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

6

Mirloup, Antoine. "Ingénierie moléculaire de nouveaux composants photoactifs pour le photovoltaïque organique." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAF035/document.

Full text

Abstract:

Au cours de ces travaux de thèse, deux axes d’études ont été développés. Ils consistent d’une part à la synthèse et la caractérisation de nouveaux complexes de bore, visant à être utilisés dans des cellules solaires organiques, ainsi qu’au développement de plateformes d’empilement π, permettant la modulation des propriétés structurales de semi-conducteurs organiques. Ainsi, le rendement de conversion énergétique de cellules solaires utilisant un BODIPY a été amélioré par l’addition de triazatruxènes sur ses positions β-pyrroliques. Le motif BOPHY, complexe di-nucléaire de bore, a été fonctionnalisé puis étudié optoélectroniquement. Le premier exemple d’utilisation d’un BOPHY dans une cellule solaire organique a également été effectué. Deux familles de BODIPYs ont été préparées en vue d’une utilisation dans des cellules solaires à colorant. Leur utilisation au sein d’une même structure a permis d’établir un nouveau record de conversion pour une telle utilisation d’un BODIPY
During this thesis, boron complexes and π-stacking mediator planar moieties have been synthetized for photovoltaic applications. Thanks to the use of triazatruxene units on β-pyrrolic positions of a BODIPY core, the solar cells photoconversion efficiency has been increased. The BOPHY moiety, a di-nuclear boron complex, has been functionalized and optoelectronically studied. The first example of the use of BOPHY in organic solar cells has been performed. Two families of BODIPYs have also been prepared to be used in dye-sensitized solar cells. A new record of photoconversion efficiency for BODIPY based solar cells has been reached using a co-adsorption of two dyes having complementary absorptions within a unique solar cell

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

7

Le, Borgne Mylène. "Solution-processable oligomeric and small molecule semiconductors for organic solar cells." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0048/document.

Full text

Abstract:

Les cellules solaires organiques sont une technologie très prometteuse grâce à leur faible-coût de fabrication, leur flexibilité et leur légèreté. Actuellement, elles ne sont qu’au stade du prototype à cause de leurs faibles rendements et leur courte durée de vie. L’une des voies les plus étudiées pour améliorer le rendement est la conception de nouveaux matériaux photo-actifs. Lors de cette thèse, deux séries de semi-conducteurs donneurs d’électrons. La première série comprend trois oligomères, chacun composé de trois unités de diketopyrrolopyrrole (DPP) qui est un chromophore très étudié dans la littérature. Ces oligomères ont la particularité d’absorber dans le proche infra-rouge. En intercalant différents groupements donneurs d’électrons entre les DPPs, différentes torsions sont obtenues le long de leur squelette. Ceci a permis d’établir qu’un oligomère plan a une plus grande cristallinité et par conséquent transporte mieux les charges, atteignant une mobilité de trou de 10-3 cm². V-1.s-1. Cependant, cette forte cristallinité entraîne une hétérojonction volumique défavorable et un faible rendement photovoltaïque (<1%). La deuxième série est composée de quatre petites molécules combinant une unité 3,3’-(ethane-1,2-diylidene)bis(indolin-2-one) (EBI) avec différents groupements donneurs d’électrons: thiophène (EBI-T), benzofurane (EBI-BF) and bithiophène (EBI-2T)). Les dérivés EBI ont été testés dans les transistors à effet de champ et dans les cellules solaires en tant que semi-conducteurs donneurs. La meilleure mobilité de trou de 0,021 cm².V-1.s-1 a été mesurée avec EBI-BF grâce à sa conformation plane alors que le PCE maximal de 1.92% est obtenu avec EBI-2T grâce à son large spectre d’absorption et une morphologie adéquate
Organic solar cells appear as a promising technology within photovoltaic field owing to their low-cost fabrication and their great flexibility enabling a widespread distribution. For now, they are still at the prototype stage due to their limited efficiency and lifetimes. Many efforts were realized in designing new materials as they are involved in every steps of the photovoltaic process and thus they dictate the cell efficiency. Along this thesis, two series of electron-donating semi-conductors were designed and synthesized. The first series consist in three oligomers containing three diketopyrrolopyrrole units, a well-studied chromophore. Those oligomers absorb up to the near infra-red region, a very interesting feature for light harvesting. Through the engineering of electron-rich spacers, various twists were generated in the oligomers backbone. The oligomer showing a coplanar conformation appears to be the most crystalline and thus exhibits the best charge transport properties with a hole mobility of 10-3 cm².V-1.s-1.iiiHowever, bulk heterojunction organic solar cells, this high crystallinity results in an unfavorable morphology and a PCE inferior to 1%. As for the second series, the four small molecules combined 3,3’-(ethane-1,2-diylidene)bis(indolin-2-one) (EBI), an electron deficient unit, and various electron-rich units such as thiophene (EBI-T), benzofuran (EBI-BF) and bithiophene (EBI-2T). Among EBI derivatives, EBI-BF demonstrated the highest hole mobility of 0.021 cm².V-1.s-1 in field effect transistors due to its coplanar conformation. Meanwhile, in bulk heterojunction solar cells, the highest PCE of 1.92% was obtained with EBI-2T:PC61BM blend owing to a more appropriate morphology and the broadest absorption spectrum of EBI-2T

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

8

Darghouth, Ala Aldin M. Hani Mahmood. "Modélisation photochimique de la formation des électrons de conduction au sein de l'hétérojonction d'une cellule solaire organique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAV091/document.

Full text

Abstract:

L'incertitude entourant la production du pétrole et la pollution associée aux fossiles combustibles ainsi que la série d'accidents bien connus de Three Mile Island, Tchernobyl et Fukushima, en plus que le désir de diversifier les sources d'énergie sont des facteurs importants qui favorisent le développement de la technologie des cellules photovoltaïques. Certaines applications de photovoltaïques organiques sont particulièrement intéressantes à cause de la possibilité d'impréssion des circuits et la création de cellules photovoltaïques flexibles sous la forme d'un ruban adhésif. À la suite des études fondamentales de Tang, que l'on appelle hétérojonction en volume (BHJ), des cellules photovoltaïques ont été créées par une séparation de phase du polymère. Certains appareils BHJ sont déjà disponibles dans le commerce, mais leur efficacité photovoltaïque est encore faible. Afin d'améliorer cette efficacité, nous proposons de modéliser le processus critique par lequel une excitation locale ( « un exciton ») se dissocie pour former une paire électron / trou conducteur. Contrairement à la majorité des physiciens specialiste dans l'état solide impliqués dans l'étude de ce problème qui semble ignorer le caractère non-Born-Oppenheimer typique de cet événement, nous prévoyons de traiter cet événement directement par la modélisation photochimique utilisant la dynamique semiclassique (saut de suface de Tully) avec laquelle nous avons déjà une certaine expérience. Comme l'objectif est la compréhension des systèmes très complexes, nous proposons des calculs exploratoires basées sur la méthode TD-DFTB, une version semiempirique de la théorie de la fonctionnelle de densité en fonction du temps (TD-DFT) pour lequel un de nous est bien connu pour son travail pionnier. L'étude sera menée en collaboration avec le groupe ORGAVOLT des développeurs de méthodes ab initio pour la modélisation des BHJs, et avec des groupes à Singapour intéressés par les BHJs, ainsi qu'avec des groupes en Allemagne spécialisés dans la DFTB
The uncertainty surrounding petroleum production and the pollution associated with fossil fuels plus the series of well-known accidents of Three Mile Island, Chernobyl and Fukushima plus the desire to diversify energy sources are important factors favoring the development of solar cell technology. For certain applications organic photovoltaics are particularly interesting because (for example) of the possibility of printing these circuits and the creation of flexible solar cells in the form of adhesive tape. Following the seminal studies of Tang, so-called bulk heterojunction (BHJ) solarcells have been created by polymer phase separation. Some BHJ divices are already available commercially but their photovoltaic efficiency is still low. In order to aid in the improving this efficiency, we propose to model the critical process by which a local excitation (an "exciton") dissociates to form a conducting electron/hole pair. In contrast with the majority of solid-state physicists involved in studying this problem who seem to ignore the typically non-Born-Oppenheimer character of this event, we planto treat this event directly by photochemical modeling using semiclassical (Tully-type) surface-hopping dynamics with which we already have some experience. As the objective is the comprehension of highly complex systems, we propose exploratory calculations based on the TD-DFTB method, a semiemprical version of the time-dependent density-functional theory (TD-DFT) for which one of us is well-known for his pioneering work. The study will be carried out in collaboration with the ORGAVOLT group of developers of ab initio methods for modeling BHJs, and with groups in Singapore interested by BHJs, as well as with groups in Germany specializing in DFTB

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

9

Nourdine, Ali. "Matériaux polymères pour cellule solaire photovoltaïque organique : vers un nouveau procédé de mise en forme par extrusion de multicouches." Grenoble INPG, 2010. http://www.theses.fr/2010INPG0114.

Full text

Abstract:

Les performances des cellules solaires photovoltaïques organiques dépendent de la morphologie de la couche active et de l’organisation des deux matériaux donneur et accepteur utilisés. L’optimisation de celles-ci implique un accroissement de la surface de l’interface donneur/accepteur et la maîtrise de la taille des domaines. Une nouvelle approche pourrait consister à réaliser une organisation forcée sous forme de nano-multicouches de deux polymères donneur et accepteur. Le travail présenté dans cette thèse s’intègre dans un projet à plus long terme qui est la mise au point d’un nouveau procédé sans solvant pour l’élaboration de cellules solaires photovoltaïques organiques nano-multicouches de type polymère donneur/polymère accepteur : l’extrusion. L’objet de cette thèse a consisté à choisir, synthétiser et étudier deux polymères photo-actifs donneur et accepteur « extrudables » et utilisables en cellules solaires : le poly(3-octylthiophène) comme polymère donneur et le polystyrène greffé par un taux optimisé en fullerène C60 comme polymère accepteur. Les travaux ont été réalisés au sein de l’Institut National de l’Energie Solaire (INES), et se sont déroulés en trois phases. La première partie du travail a consisté à synthétiser et caractériser une série de polymères accepteurs avec différents taux de C60. Puis, outre l’étude des propriétés physicochimiques, nous nous sommes intéressés à leurs propriétés photovoltaïques (mesures de mobilité, tests en cellules solaires). Enfin, leurs comportements rhéologiques ainsi que leurs températures caractéristiques ont été étudiés afin de vérifier leur capacité de mise en œuvre et d’assemblage par extrusion
The performance of organic photovoltaic solar cells depends on the active layer morphology and the arrangement of the donor and acceptor. Increasing the amount of donor/acceptor interface and reducing the size of the domains optimize the photovoltaic efficiencies. A new approach could consist in using nano-multilayers of donor and acc¬¬¬eptor polymers by forced assembly. The work presented in this thesis is part of a broader project, which consists in developing a new solvent-free process for production of nano-multilayers organic solar cells alternating donor and acceptor layers. More specifically, the aim of this thesis was to select, synthesize and study photoactive and extrudable donor and acceptor polymers. Poly(3-octylthiophene) was chosen as the donor polymer and polystyrene grafted by an various percentage of fullerene C60 as the acceptor polymer. This work was realised at the National Institute of Solar Energy (INES), and was organized in three steps. The first part focused on synthesis and characterization of various acceptor polymers with different percentages of C60. Both physicochemical and photovoltaic properties (electron mobility, tests in solar cells) were characterized. Finally, the rheological behaviour and characteristic temperatures were studied to confirm their plausible processability by extrusion

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

10

Cristoferi, Claudio. "Etude sur la modélisation de la couche active et la dissipation thermique dans les électrodes d’une cellule solaire organique." Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0030/document.

Full text

Abstract:

Ce travail s'inscrit dans le domaine des cellules solaires organiques et se focalise sur le dimensionnement et design de la cellule. Nous avons cherché à établir la relation entre la forme d'une cellule solaire et sa dissipation thermique dans les électrodes, plus spécifiquement l'électrode inférieure transparente, car les matériaux utilisés pour la réaliser ont souvent une conductivité très faible par rapport à celle des électrodes métalliques. D'autre part nous présentons un modèle actif capable de simuler le comportement de la couche active selon différentes conditions d'éclairage (illumination partielle et défauts localisés) et pour différents régimes de fonctionnement (injection, polarisation). Dans le cadre du projet PHASME en partenariat avec Disasolar et l'INES, on a posé les bases pour le développement d'un logiciel de conception capable de réaliser un module solaire multicolore à partir d'un substrat de forme géométrique quelconque. On a identifié deux types d'algorithme. Une solution A (dite matricielle), pour laquelle on effectue le remplissage de la surface active du module avec des cellules identiques, relie entre elles ces cellules en sous-groupes pour créer le potentiel de fonctionnement souhaité. Une méthode B (dite non-matricielle) consiste à partager la surface du module en sous-modules de surface quelconque adaptée aux zones de couleur. Ces sous-modules sont ensuite découpés en groupement en série cellules du même type (couleur, performance, matériaux de couche active), mais dont la forme s'adapte exactement au remplissage du sous-module. Ces cellules doivent nécessairement avoir la même surface, afin de produire le même courant pour éviter les pertes dans le groupement en série
This work concerns organic solar cells and it focuses on several aspects of the design of the device that are related to the sizing. The core of this study highlights the relation between the shape of an organic solar cell and the thermal dissipation inside the electrodes. The main contribution to this power loss comes from the transparent back electrode, since its conductivity is typically lower than those of the top electrode. In parallel we developed a non-linear model for the active layer in order to simulate the behavior of the solar cells in several particular illumination cases (such as spotlights, shadows and defects in the active layer) and different working regime. In the framework of PHASME project, a grant in collaboration with Disasolar and CEA-INES, we developed another piece of software closer to the CAD domain which the main function was to create a photovoltaic polychrome module starting from a substrate with given shape and size. We found two strategies. One consists in filling by the same solar cell shape and size the entire substrate and then in finding a suitable grouping in order to have the correct working point outside the device (matrix approach). The other one (non-matrix approach) consists in adapting the shape of the device to a given colored region, each individual cell keeping the same surface extension, which allows them to be connected in series since they all generate the same amount of current

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

11

Legros, Mathilde. "Synthèse et caractérisation de nouveaux polythiophènes porteurs de groupes C60 pour une application solaire photovoltaïque organique." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00664997.

Full text

Abstract:

L'efficacité des cellules photovoltaïques organiques est influencée par la morphologie du mélange composant la couche active. L'objectif de cette thèse a été d'élaborer un agent compatibilisant pour stabiliser la morphologie du mélange P3HT:PCBM. Nous avons choisi de synthétiser des copolymères alternant motifs C60 et polythiophène pour améliorer la miscibilité entre P3HT et PCBM. Les copolymères ont été réalisés par polycondensation d'un dérivé C60 avec plusieurs oligothiophènes régioréguliers de difonctionnalité contrôlée. Une attention particulière a été accordée aux conditions de polycondensation qui ont été optimisées pour favoriser de hauts degrés de polymérisation. Les caractérisations structurales, optiques et électrochimiques des matériaux ont été réalisées. Leur effet compatibilisant a été évalué en caractérisant la morphologie de la couche active par des mesures en cellules photovoltaïques, des observations par microscopie à force atomique et des calculs d'énergies de surface.

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

12

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

13

Alkarsifi, Riva. "Synthesis and characterization of composite nanomaterials as interfacial layers in organic solar cells." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0433.

Full text

Abstract:

Les cellules solaires organiques sont dans le domaine photovoltaïque l'une des approches les plus prometteuses et cette thèse traite de la synthèse chimique de nouveaux nanocristaux à base de métaux et de l'incorporation de ces matériaux, par voie liquide, comme couches de transport dans les cellules solaires. L’une des stratégies pour améliorer les performances des dispositifs consiste en l'incorporation de couches interfaciales appropriées.Celles-ci jouent plusieurs rôles et sont le plus souvent préparées par des méthodes de dépôt sous vide comme l'évaporation thermique. Cependant, ces méthodes nécessitent des équipements complexes, ce qui limite leur utilisation pour la fabrication de dispositifs de grande surface à faible coût. Par conséquent, l’approche d’une utilisation de matériaux interfaciaux par voie liquide a attiré beaucoup d'attention.Au cours de ces travaux, nous avons focalisé les études des couches de transport de trous sur la synthèse de NiOx et de NiOx dopés au Li, Cu et Sn et avons pu modifier le solvant de la dispersion depuis l'eau vers l’isopropanol. Un dopage par un composé moléculaire a ensuite été utilisé pour améliorer le travail de sortie, permettant d’obtenir une efficacité de 7,4% avec les cellules solaires de structure normale. En structure inverse, une efficacité de 7,9% a été atteinte.En ce qui concerne les études des couches de transport d’électron, trois matériaux hybrides ont ainsi été synthétisés et cristallisés par évaporation lente puis solubilisés dans des solutions à base d'alcool, avant d'être utilisés dans des cellules solaires en structure normale et inverse, permettant ainsi d’obtenir respectivement 8,19% et 6,7% d'efficacité
This thesis deals with the chemical synthesis of new metal-based nanocrystals and the incorporation of these solution processed materials as hole transport layers (HTLs) and electron transport layers (ETL) in Organic Solar Cells (OSCs). Several strategies were applied to increase the efficiency of the OSCs such as the incorporation of suitable interfacial layers. Interfacial layers were mainly prepared through vacuum deposition methods such as thermal evaporation, however, they require complex equipment, which limits their use in low-cost, large area device fabrications. Therefore, the solution processed interfacial materials have attracted significant attention to overcome the problems of vacuum depositions. During this work, we focused the HTL studies on the synthesis of NiOx nanocrystals. We synthesized pristine NiOx as well as Li, Cu and Sn doped NiOx nanoparticles at different doping levels. By following a specific strategy, we were able to transform the dispersion from water into isopropanol that can be easily deposited onto the active layer. Molecular doping was used to improve the work function using F4-TCNQ molecule. After optimizations, 7.4% and 7.9% efficiencies were obtained with the regular and the inverted device structures, respectively. As for the ETL studies, we focused this work on the development of a new class of organic-inorganic hybrid materials. Three types of antimony-based hybrid materials were synthesized and crystallized using a slow evaporation method and then solubilized as nanocrystals in alcohols, before being used in both regular and inverted devices giving 8.19% and 6% efficiencies, respectively, for the best working hybrid material

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

14

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.

Full text

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)

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

15

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

16

Kraft, Thomas. "Ternary blend ink formulations for fabricating organic solar cells via inkjet printing." Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0027.

Full text

Abstract:

L’objectif final de la thèse est l'impression de la couche photo-active ternaire d'une cellule solaire organique en utilisant deux approches: l'une concerne l'apport de nanotubes de carbone (SWCNT) pour améliorer les propriétés de transport, l'autre concerne la préparation de mélanges ternaires de matériaux pour contrôler la couleur des cellules. Les encres pour la couche active incluant des SWCNT fonctionnalisés sont composées d’un donneur d'électron (polymère) (poly(3-hexylthiophène), [P3HT]) et d’un accepteur d'électron ( [6,6]-phényl C61-butyrique ester méthylique d'acide [PCBM]) et ont été développées pour la fabrication de cellules inversées. Ces cellules sont réalisées sur substrats de verre pour l'optimisation de leurs performances, puis sur substrats plastiques pour les applications. Diverses couches d'interfaces ont été testées, qui incluent l'oxyde de zinc (ZnO, couches obtenues par pulvérisation ionique (IBS) ou à partir de solutions de nanoparticules) pour la couche de transport d'électrons et le PEDOT:PSS, le P3MEET, le V2O5 et le MoO3 pour la couche de transport de trous. Des essais ont été effectués avec et sans CNT afin d’étudier leur impact sur les performances. Des résultats similaires sont obtenus dans les deux cas. Il était attendu que les CNT améliorent les performances, ce qui n’a pas été observé pour le moment. Des travaux supplémentaires sont donc nécessaires au niveau de la formulation de la couche active.Avec trois polymères de couleur rouge (P3HT), bleu (B1) et vert (G1), nous avons préparé des mélanges ternaires efficaces permettant l'obtention de couleurs jusque là indisponibles . Nous avons fait une étude sur le piégeage et les mécanismes de diodes parallèles associés aux mélanges. En général, nous avons constaté que les mélanges ternaires de polymères bleu et vert peuvent être décrits par une mécanisme de diodes parallèles, sans entrainer de perte de performances, ce qui n'est pas possible pour les systèmes P3HT:B1 :PCBM et P3HT:G1:PCBM qui se piègent mutuellement. L’objectif final du projet est l'impression de la couche photo-active ternaire d'une cellule solaire organique, composites ternaires (polymère:polymères:acceptor) ou dopés avec les SWCNT. Cette étape nécessite encore des développements futurs
Two approaches were followed to achieve increased control over properties of the photo-active layer (PAL) in solution processed polymer solar cells. This was accomplished by either (1) the addition of functionalized single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) to improve the charge transport properties of the device or (2) the realization of dual donor polymer ternary blends to achieve colour-tuned devices.In the first component of the study, P3HT:PC61BM blends were doped with SWCNTs with the ambition to improve the morphology and charge transport within the PAL. The SWCNTs were functionalized with alkyl chains to increase their dispersive properties in solution, increase their interaction with the P3HT polymer matrix, and to disrupt the metallic characteristic of the tubes, which ensures that the incorporated SWCNTs are primarily semi-conducting. P3HT:PCBM:CNT composite films were characterized and prepared for use as the photoactive layer within the inverted solar cell. The CNT doping acts to increase order within the active layer and improve the active layer’s charge transport properties (conductivity) as well as showed some promise to increase the stability of the device. The goal is that improved charge transport will allow high level PSC performance as the active layer thickness and area is increased, which is an important consideration for large-area inkjet printing. The use of ternary blends (two donor polymers with a fullerene acceptor) in bulk-heterojunction (BHJ) photovoltaic devices was investigated as a future means to colour-tune ink-jet printed PSCs. The study involved the blending of two of the three chosen donor polymers [red (P3HT), blue (B1), and green (G1)] with PC61BM. Through EQE measurements, it was shown that even devices with blends exhibiting poor efficiencies, caused by traps, both polymers contributed to the PV effect. However, traps were avoided to create a parallel-like BHJ when two polymers were chosen with suitable physical compatibility (harmonious solid state mixing), and appropriate HOMO-HOMO energy band alignment. The parallel diode model was used to describe the PV circuit of devices with the B1:G1:PC61BM ternary blend

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

17

Obscur, Jean-Charles. "Amélioration des performances des cellules solaires organique par l'ingénierie de bandes aux interfaces électrodes semi - conducteurs." Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0021/document.

Full text

Abstract:

Le contexte actuel de forte croissance des besoins en énergie dans le monde nécessite une diversification de sa production, notamment vers des sources renouvelables tout en limitant autant qu’il est possible l’émission de gaz à effet de serre. Parmi les énergies renouvelables une des plus prometteuses et abondantes est l’énergie solaire et il apparaît évident que l’énergie solaire, thermique ou photovoltaïque, représente un enjeu crucial pour diminuer la consommation d’énergie fossile. Actuellement 90 % des générateurs solaires sont élaborés en silicium cristallin, ce qui pose un problème d’approvisionnement en matière première, les producteurs de silicium n’ayant pas su anticiper la forte expansion de la filière solaire. Des concepts innovants présentent une forte potentialité en termes de coût de production et d’application, notamment les filières organiques et hybrides (organique/oxyde métallique). En Europe, la France est très active dans ce domaine de recherche, en particulier en ce qui concerne l’utilisation de nouveaux matériaux nanostructurés organiques ou de structures hybrides. C'est pourquoi Disasolar, une start-up française spécialisée dans le photovoltaïque souple, souhaite développer cette activité en élaborant des modules solaires souples par impression jet d'encre. Les objectifs de cette thèse sont d'étudier des nouveaux matériaux d'interface imprimables et d'évaluer l'effet de la dimension des nanoparticules sur la topologie et les performances des dispositifs. Et dans un deuxième temps l'étude portera sur l'impression des matériaux d'interface et la stabilité des cellules solaires organiques
The current context of strong growth in energy demands in the world requires diversification of its production, in particular towards renewable sources while limiting as far as possible the emission of greenhouse gases. Among the most promising and abundant renewable energies is solar energy and it is evident that solar, thermal or photovoltaic energy represents a crucial issue to reduce the consumption of fossil energy. Currently 90% of the solar generators are made of crystalline silicon, which poses a problem of supply of raw material, as silicon producers did not know how to anticipate the strong expansion of the solar sector. Innovative concepts present a high potential in terms of cost of production and application, in particular organic and hybrid (organic / metal oxide) dies. In Europe, France is very active in this area of research, particularly with regard to the use of new organic nanostructured materials or hybrid structures. This is why Disasolar, a French start-up specializing in flexible photovoltaics, wants to develop this activity by developing flexible solar modules by inkjet printing. The objectives of this thesis are to study new printable interface materials and to evaluate the effect of nanoparticle size on the topology and performance of devices. And secondly, the study will focus on the printing of interface materials and the stability of organic solar cells

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

18

Topolniak, Ievgeniia. "Photodegradation of polymer nanocomposites for encapsulation of organic solar cells." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22630.

Full text

Abstract:

L'objectif de ce travail était le développement des nanocomposites d’EVOH/zeolites à base de charges telles que les zéolites pour l’encapsulation des cellules solaires organiques, et l’étude de leur comportement photochimique. Ce travail a porté sur l’étude du mécanisme de photooxydation des copolymères d’EVOH puis sur l'impact des zéolites sur ce mécanisme. Les propriétés fonctionnelles des nanocomposites d’EVOH/zéolites ont été étudiées en prenant en compte le taux de charge et la taille des particules. Les propriétés des copolymères d’EVOH et des nanocomposites d’EVOH/zéolites comme la transparence optique, la morphologie de surface, les propriétés mécaniques et thermiques, et les propriétés d'absorption de l'eau ont été étudiées. Sur la base des résultats obtenus, les meilleurs candidats pour l'encapsulation des cellules solaires organiques ont été proposés. Le mécanisme de photooxydation des copolymères a été proposé, la photostabilité des matériaux et l'impact des zéolites sur le comportement photochimique du polymère ont été étudiés. Le test électrique de calcium et le suivi des performances des cellules solaires organiques encapsulées ont été effectués afin d'évaluer l’efficacité des matériaux étudiés comme candidats potentiels pour une encapsulation efficace et stable des cellules solaires
The goal of this work was to develop EVOH/zeolite nanocomposites based on inorganic fillers such as zeolites for potential encapsulation of OSCs and to investigate their photochemical behaviour. The research was focused on the photooxidation mechanism of pristine EVOH copolymers and on the impact of the filler addition on this mechanism. EVOH/zeolite nanocomposites functional properties were characterised taking into account different particle sizes and filler contents. Properties of EVOH copolymers and EVOH/zeolites nanocomposites such as optical transparency, surface morphology, mechanical and thermal properties, and water uptake properties were investigated. On the basis of obtained results, the best candidate(s) for encapsulation of organic solar cells has been proposed. The chemical degradation mechanism of pristine polymers has been proposed, the materials photostability and the impact of the zeolite particles on the photochemical behaviour of the polymer have been studied. Electrical calcium test and performance of encapsulated OSCs were carried out in order to evaluate the ability of the studied materials to be used as potential candidates for efficient and stable encapsulation coatings for OSCs applications

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

19

Arnoux, Quentin. "Electronic and structural characterizations of a transparent conductive oxide/organic interface : towards applications for organic electronic devices." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066231/document.

Full text

Abstract:

Nous avons déterminé l'alignement des niveaux énergétiques d’un solide moléculaire organique, transporteurs de trous, avec un oxyde d'indium dopé à l’étain (ITO), un conducteur transparent. Les molécules étudiées, basées sur une structure dipyranylidène (DIP), diffèrent par leur hétéroatome (O, S et Se). La spectroscopie de photoémission X a été utilisée pour déterminer cet alignement, et nous avons étudié l'orientation moléculaire par spectromicroscopie d'absorption X. Des calculs DFT ont été réalisés pour interpréter les données spectroscopiques. Nous avons constaté la présence d'un transfert de charge, au moins pour les dérivés oxygénés et soufrés. Celui-ci a lieu des molécules vers l’ITO, lorsqu'ils sont en contact intime avec le substrat. Nous avons déterminé la barrière d'injection des trous entre le niveau de Fermi de l’ITO et la HOMO du solide organique. Notre approche expérimentale met l'accent sur la relation entre les propriétés structurelles et les propriétés électroniques. Ces résultats ont été obtenus pendant des runs synchroton en France (SOLEIL), en Italie (ELETTRA) et en Suisse (SLS)
The energy level alignment of hole-transport organic molecular solids with indium tin oxide (ITO), a transparent conducting oxide, has been characterized. The studied molecules, based on the dipyranylidene (DIP) structure, differ by the heteroatom (O, S and Se). Synchrotron photoemission electron spectroscopy has been used to determine the alignment, and we investigated the molecular orientation via X-ray absorption spectromicroscopy. By interpreting spectroscopic data in the light of DFT calculations, we found evidence of the presence of charge transfer from the molecules to the ITO, when they are in intimate contact with the substrate, at least for the O and S-DIPs. The hole injection barrier between the ITO Fermi level and the organic HOMO was obtained. Our experimental approach emphasizes the relationship between structural and electronic properties. These results were obtained during beamtimes in France (SOLEIL), Italy (ELETTRA) and Switzerland (SLS)

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

20

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

21

N'Konou, Kokou Kekeli David. "Nanostructures plasmoniques de type coeur-coquille métal-diélectrique pour cellules photovoltaïques organiques." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0148/document.

Full text

Abstract:

L'une des approches pour améliorer les performances des cellules solaires organiques, sans augmenter l'épaisseur de la couche photoactive, consiste à incorporer des nanoparticules (NPs) métalliques dans cette couche ou à proximité pour bénéficier de la diffusion de la lumière incidente ou de résonances de plasmons de surface localisés. Cependant, ces NPs métalliques peuvent engendrer des recombinaisons des porteurs de charges électriques, créer des court-circuits ou favoriser l'extinction des excitons au contact du métal. Une solution est alors de protéger ces NPs métalliques par un revêtement diélectrique (coquille ou couche fine). L'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence de nanostructures de type cœur–coquille (métal-diélectrique) sur les performances optiques et photoélectriques de cellules solaires organiques, à l'aide de modélisations numériques et de réalisations expérimentales. Dans un premier temps, une étude numérique prédictive, basée sur une modélisation par méthode FDTD, nous a permis d'analyser l'influence de paramètres architecturaux et opto-géométriques sur les propriétés optiques de cellules solaires plasmoniques. Par la suite, nous avons synthétisé et caractérisé des nanosphères (NSs) avec un cœur métallique en argent ou en or recouverts d'une fine coquille de silice. L'incorporation de NSs Ag@SiO2 synthétisées (voie humide) ou de NPs Ag/SiO2 déposées par évaporation (voie sèche) dans des cellules solaires à architecture inverse ont permis d'augmenter le photocourant de 12% ou de 18% respectivement par rapport à la cellule de référence (sans NSs)
One of the approaches to improve the organic solar cells performance without increasing the thickness of the photoactive layer is to incorporate metallic nanoparticles (NPs) in this layer or in its proximity to have benefited from light scattering or localized surface plasmon resonance effects. However, these NPs can generate charge carriers recombination, short circuits or exciton quenching due to the contact with the metal. A solution is then to coat these MNPs with a dielectric (thin shell or layer) to protect them. The objective of this thesis is to study the influence of metaldielectric coreshell nanostructures on the optical and photoelectric performances of organic solar cells, by using numerical modeling and experiments. First, a predictive numerical analysis by FDTD modeling allowed us to optimize the influence of architectural and optogeometric parameters on optical properties of plasmonic organic solar cells. Silver or gold core nanospheres (NSs) coated with a thin silica shell were synthesized and characterized. Finally, the integration of chemically synthesized Ag@SiO 2 NSs (wet process) or Ag/SiO 2 NPs deposited by evaporation (dry process) in inverted organic solar cells has increased the photocurrent by 12% or 18%, respectively, compared to the reference cell(without NSs)

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

22

N'Konou, Kokou Kekeli David. "Nanostructures plasmoniques de type coeur-coquille métal-diélectrique pour cellules photovoltaïques organiques." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0148.

Full text

Abstract:

L'une des approches pour améliorer les performances des cellules solaires organiques, sans augmenter l'épaisseur de la couche photoactive, consiste à incorporer des nanoparticules (NPs) métalliques dans cette couche ou à proximité pour bénéficier de la diffusion de la lumière incidente ou de résonances de plasmons de surface localisés. Cependant, ces NPs métalliques peuvent engendrer des recombinaisons des porteurs de charges électriques, créer des court-circuits ou favoriser l'extinction des excitons au contact du métal. Une solution est alors de protéger ces NPs métalliques par un revêtement diélectrique (coquille ou couche fine). L'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence de nanostructures de type cœur–coquille (métal-diélectrique) sur les performances optiques et photoélectriques de cellules solaires organiques, à l'aide de modélisations numériques et de réalisations expérimentales. Dans un premier temps, une étude numérique prédictive, basée sur une modélisation par méthode FDTD, nous a permis d'analyser l'influence de paramètres architecturaux et opto-géométriques sur les propriétés optiques de cellules solaires plasmoniques. Par la suite, nous avons synthétisé et caractérisé des nanosphères (NSs) avec un cœur métallique en argent ou en or recouverts d'une fine coquille de silice. L'incorporation de NSs Ag@SiO2 synthétisées (voie humide) ou de NPs Ag/SiO2 déposées par évaporation (voie sèche) dans des cellules solaires à architecture inverse ont permis d'augmenter le photocourant de 12% ou de 18% respectivement par rapport à la cellule de référence (sans NSs)
One of the approaches to improve the organic solar cells performance without increasing the thickness of the photoactive layer is to incorporate metallic nanoparticles (NPs) in this layer or in its proximity to have benefited from light scattering or localized surface plasmon resonance effects. However, these NPs can generate charge carriers recombination, short circuits or exciton quenching due to the contact with the metal. A solution is then to coat these MNPs with a dielectric (thin shell or layer) to protect them. The objective of this thesis is to study the influence of metaldielectric coreshell nanostructures on the optical and photoelectric performances of organic solar cells, by using numerical modeling and experiments. First, a predictive numerical analysis by FDTD modeling allowed us to optimize the influence of architectural and optogeometric parameters on optical properties of plasmonic organic solar cells. Silver or gold core nanospheres (NSs) coated with a thin silica shell were synthesized and characterized. Finally, the integration of chemically synthesized Ag@SiO 2 NSs (wet process) or Ag/SiO 2 NPs deposited by evaporation (dry process) in inverted organic solar cells has increased the photocurrent by 12% or 18%, respectively, compared to the reference cell(without NSs)

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

23

Nicolet, Célia. "Synthèse de (co)polymères à base de Poly(3-hexylthiophène) pour le photovoltaïque organique." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14412/document.

Full text

Abstract:

L’optimisation de la morphologie de la couche active est primordiale pour l’augmentation des rendements des cellules solaires photovoltaïques organiques. Nous avons montré l’influence du ratio de matériaux donneur (P3HT) et accepteur (PCBM) d’électrons ainsi que de la masse molaire du P3HT sur la morphologie de la couche active. Afin de contrôler la séparation de phases entre les matériaux donneur et accepteur d’électrons, il est possible d’utiliser des copolymères à blocs afin d’aider la compatibilisation entre le P3HT et le PCBM. Nous avons choisi de synthétiser des copolymères à blocs P3HT-b-polystyrène et des P3HT-b-polyisoprène présentant une certaine compatibilité avec les matériaux de la partie active. L’ajout optimisé de P3HT-b-polyisoprène permet une augmentation de 30% des rendements et de 90% de durée de vie des cellules solaires
Active layer morphology optimization is fundamental to achieve high efficiency in organic photovoltaic solar cells. We showed the influence of the donor (P3HT) and acceptor (PCBM) material ratio and the impact of the P3HT molecular weight on the active layer morphology. We demonstrated the possibility of using well-designed block copolymers to help P3HT and PCBM compatibilization and to control their phase separation. We chose to synthesize P3HT-b-polystyrene and P3HT-b-polyisoprene for which each block is compatible with the active materials. Optimal addition of P3HT-b-polyisoprene enables to get a 30%-improved efficiency and a 90%-enhanced lifetime of the solar cells

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

24

Diebold, Morgane. "Systèmes composites organogélateurs/polymères semi-conducteurs : de la preuve conceptuelle aux matériaux nanostructurés pour l'électronique plastique." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAE002.

Full text

Abstract:

L’amélioration des performances des dispositifs photovoltaïques organiques passe par le contrôle de la morphologie de leurs couches actives. Nous avons cherché à préparer une hétérojonction volumique donneur-accepteur nanostructurée en utilisant la nucléation hétérogène du poly (3-hexylthiophène) (P3HT, donneur) par des fibres d’organogélateurs à base de naphthalène diimide (NDI, accepteur). La première partie de ce travail présente l’étude des propriétés d’auto-assemblage d’organogélateurs à cœur NDI substitué par des groupements amides et des dendrons trialkoxyphényles. Nous avons évalué l’influence de la longueur de la chaîne flexible entre le cœur naphthalène et les groupements amides (2 liaisons C-C pour NDI2 et 4 pour NDI4) sur les propriétés physico-chimiques des organogélateurs. La seconde partie de ce travail met en évidence le polymorphisme du composé NDI2 en identifiant 4 polymorphes ainsi que leurs signatures optiques, spectroscopiques et structurales. Un diagramme de phase de l’état solide du NDI2 est proposé. La dernière partie de la thèse concerne l’élaboration de nano-composites donneur-accepteur entre les organogélateurs à cœur NDI et le P3HT. Le processus de formation en solution de ces nano-composites est analysé en suivant les cinétiques de cristallisation du P3HT par spectroscopie d’absorption UV-Visible et les morphologies obtenues (structures shish-kebab) par microscopie électronique en transmission. L’effet nucléant des organogélateurs sur le P3HT a été montré. Les études en cellules solaires des composés P3HT:PCBM : organogélateur ont prouvé que le rendement de conversion énergétique peut être augmenté en présence d’organogélateurs
Improving the performances of organic photovoltaic devices requires morphology control of the active layers. Highly nanostructured donor-acceptor bulk heterojunctions were prepared by heterogeneous nucleation of poly (3-hexylthiophene) (P3HT, donor) on naphthalene diimide organogelators fibers (NDI, acceptor). The first part of this work was dedicated to the self-assembly of NDI-core organogelators substituted by amide groups and trialkoxyphenyls dendrons. We evaluated the influence of the flexible chain between the naphthalene core and the amide groups (2 C-C bonds for NDI2 and 4 for NDI4) on the physico-chemical properties of the organogelators.The second part of this work focused on the polymorphism of NDI2 with identification of four different polymorphs with their optical, spectroscopic and structural signatures. A phase diagram of NDI2 in the solid state was determined. The last part of this manuscript concerns the fabrication of donor-acceptor nano-composites between NDI organogelators and P3HT. The formation process in solution of these nano-composites was analyzed by following the crystallization kinetics of P3HT by UV-Vis absorption spectroscopy and the thin film morphology (shish-kebab structures) by transmission electron microscopy. The nucleating effect of various organogelators on P3HT was demonstrated. Solar cells were made from the composites P3HT:PCBM : organogelator and their energetic conversion yield was shown to be increased in the presence of organogelators

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

25

Vedraine, Sylvain. "Intégration de nanostructures plasmoniques au sein de dispositifs photovoltaïques organiques : étude numérique et expérimentale." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00799088.

Full text

Abstract:

Les cellules solaires en couches minces permettent de produire de l'énergie à bas-coût et sans émission de gaz à effet de serre. Dans le but de réaliser des dispositifs toujours plus performants, nous étudions l'impact de l'intégration de nanostructures métalliques (NSs) au sein de cellules solaires organiques (CSO). Ces NSs peuvent alors générer des effets diffusifs et des résonances issues de plasmons de surface. A l'aide d'un modèle numérique FDTD, nous démontrons que l'ingénierie plasmonique peut servir à augmenter l'absorption dans le matériau photoactif tout en limitant l'énergie perdue sous forme de chaleur dans les NSs. L'influence de paramètres opto-géométriques de structures associant matériaux organiques et effets plasmoniques est étudiée (diamètre, position des particules dans la couche et période du réseau de particules sphériques). Expérimentalement, des NSs d'argent ont été réalisées par évaporation sous vide puis intégrées dans des couches organiques. Nous avons mesuré une exaltation de l'absorption optique dans la gamme spectrale utile à la photo-conversion. Trois architectures différentes de CSO plasmonique ont été fabriquées et caractérisées par MEB, TEM et ToF-SIMS, puis modélisées, permettant d'identifier des verrous technologiques et de proposer des pistes d'amélioration. Nous avons aussi intégré des NSs au sein d'un empilement transparent et conducteur de type oxyde/métal/oxyde, dans le but de remplacer l'électrode classique en oxyde d'indium et d'étain d'une CSO. Le rôle de chaque couche de l'empilement sur le comportement optique de l'électrode est discuté. Les épaisseurs des couches d'une électrode de type ZnO/Ag/ZnO ont été optimisées.

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

26

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

27

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

28

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.

Full text

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)

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

29

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

30

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

31

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

32

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

33

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

34

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.

Full text

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

35

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

36

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

Full text

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.

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

37

Said, Aurore. "Matériaux Nanohybrides à Large Bande Interdite: Études de Synthèses, Propriétés et Applications." Phd thesis, Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00266833.

Full text

Abstract:

Ma thèse consiste en l'étude du greffage des molécules de colorant sur des nanoparticules de ZnO, de leurs propriétés optiques et morphologiques, ainsi que les interactions électroniques entre le ZnO inorganique et le colorant organique. Nous avons créé des nanohybrides à base de nanosphères et nanobâtonnets de ZnO par deux voies: Ablation laser femtoseconde en phase liquide et Procédés chimiques. Des particules sphériques de quelques nanomètres sont générées par ablation laser révélant par la photoluminescence l'effet de confinement quantique due à la réduction de taille. Transfert d'excitation des ZnO synthétisées par ablation laser vers les molécules de colorant greffées est détecté par les excitations à un- et deux-photons. La croissance des bâtonnets de ZnO synthétisés chimiquement s'effectue par mûrissement d'Oswald et par attachement orienté. Ces modes de croissance sont étudiées en fonction du temps de synthèse et de la nature des réactants par le Microscope Electronique de Transmission à Haute Résolution. Les propriétés optiques des hybrides dépendent fortement de la forme de ZnO ainsi que du type et concentration du colorant greffé. Nous avons parvenu à remodeler l'énergie de la bande interdite des nanosphères de ZnO dans le système hybride par simple variation de la concentration du colorant. Nous avons ainsi montré l'effet de confinement quantique dû à la création de couches de charges dans le ZnO induites par la porphyrine adsorbée via ses groupes d'attachement COOH.

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

38

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

39

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

Full text

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.

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

40

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

41

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

42

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

43

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

44

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

Full text

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%

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

45

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

46

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.

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

47

Bucher, Léo. "Synthèse d'oligomères et de polymères enrichis en porphyrines pour la conversion de l'énergie solaire." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCK042/document.

Full text

Abstract:

Le projet de cette thèse consistait à élaborer de nouveaux matériaux donneurs d’électrons pour les cellules solaires organiques. Cette technologie photovoltaïque émergente en plein essor a d’ores et déjà atteint la limite d’efficacité lui permettant d’être industrialisée et commercialisée à grande échelle. Le faible coût de production des dispositifs photovoltaïques organiques les rendent compétitives vis-à-vis des technologies inorganiques déjà bien implantées. Mais leur plus gros avantage est surement leur légèreté et leurs propriétés mécaniques qui les rendent très souples. Elles devraient donc certainement avoir un rôle majeur à jouer dans le futur en complément des cellules solaires classiques, avec une utilisation pour des applications spécifiques. Nous avons ainsi développé des polymères en utilisant des chromophores réputés pour leurs propriétés photophysiques : les porphyrines, les BODIPY et les dicétopyrrolopyrroles. Ces différentes unités absorbent intensément la lumière, ce qui les rend adéquates pour être utilisées pour la conversion de l’énergie solaire en électricité. En concevant un design original et adapté à cette application, nous avons ainsi obtenu plusieurs nouveaux polymères prometteurs. Nous avons ensuite pu étudier leurs propriétés électrochimiques et électroniques, ainsi que leurs caractéristiques photophysiques. Pour cela nous avons utilisé de nombreux outils (caméra streak, absorption transitoire femtoseconde, etc.) afin de comprendre en détails leur propriétés d’absorption et de luminescence. Ces informations nous ont permis de pouvoir ensuite comprendre leur comportement une fois intégrés dans la couche active des dispositifs photovoltaïques. En effet, le mécanisme de fonctionnement pour la création d’un courant électrique met en jeu des transferts d’électrons ultrarapides (∼50 fs) vers un accepteur d’électron. Il est alors crucial de pouvoir comprendre et contrôler les paramètres pouvant influencer l’efficacité de ces transferts et la stabilisation des charges qui en résultent, pour pouvoir finalement mener à des rendements de conversion de l’énergie lumineuse élevés
The aim of this thesis was to elaborate new electron donor materials for organic solarcells. This emerging photovoltaic technology is rapidly expanding, and has yet already reached the limit for its large-scale commercialization. The low manufacturing cost of organic photovoltaic devices make then competitive face to well-established inorganic technologies. Their biggest advantage is their weight and their mechanical properties which make them flexible. They should play a key role in future as a complement to classic solar cells, with their use in specific applications. We developed polymers by using different chomophores, well-known for their interesting photophysical properties: the porphyrin, the BODIPY and the diketopyrrolopyrrole. All these units intensively absorb the light, making them perfect candidates to be used to convert sunlight to electricity. By designing appropriate structures for this application, we synthesized several new promising polymers. Afterward, we studied their electrochemical and electronic properties, as well as their photophysics. We used powerful tools (streak camera, transient absorption, etc.) in order to understand in details their absorption and luminescence properties. These results enabled us to further understand their behavior once inside the active layer of photovoltaic devices. Indeed, the mechanism for the electric current creation involves ultrafast electron transfers (∼50 fs) toward electron acceptor. It is of utmost importance to understand and control parameters that could affect the electron transfer efficiency and the resulting charge stabilization, to finally lead to better power conversion efficiencies

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

48

Godfroy, Maxime. "Modulation des propriétés optoélectroniques de colorants organiques pour des applications en cellules photovoltaïques hybrides." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAV031.

Full text

Abstract:

En une heure, la Terre reçoit en énergie solaire l’équivalent d’une année de consommation énergétique mondiale. Pour cette raison, les cellules photovoltaïques qui convertissent des photons en électricité, ont un rôle déterminant à jouer dans la transition énergétique imposée par les changements climatiques. Les cellules solaires sensibilisées par des colorants sont une des technologies émergentes qui ont déjà été utilisées à l’échelle industrielle à travers quelques exemples d’intégration aux bâtiments. Elles représentent une alternative esthétique et peu cher comparée aux cellules à silicium. Ces cellules hybrides dites de « Grätzel » utilisent un semi-conducteur inorganique nanostructuré sur lequel est greffé un colorant qui à l’état photo-excité va injecter des électrons dans l’oxyde. Ce sensibilisateur va être régénéré par un couple redox présent dans un électrolyte ou un transporteur de trous moléculaire qui eux-mêmes vont être régénérés à la contre-électrode. Dans ce contexte, ce travail présente les études réalisées sur certains constituants de la cellule (du semi-conducteur jusqu’au système régénérateur du colorant). La majeure partie de cette thèse concerne la synthèse et la caractérisation avancée de nouveaux semi-conducteurs organiques, des colorants ou des transporteurs de trous moléculaires, et l’étude des relations structure/propriétés. En particulier, le remplacement, la substitution ou la rigidification de groupements présents dans ces structures ont été réalisés et leur influence sur les propriétés des nouvelles molécules a été étudiée. Les colorants synthétisés présentent des maxima de la bande d’absorption à plus faible énergie allant de 440 nm à 610 nm. Les niveaux d’énergie de ces nouveaux matériaux organiques ont été déterminés par voltammétrie cyclique et également calculés et localisés par la chimie quantique. Certains composés ont été étudiés par diffraction des rayons X, par analyse thermogravimétrique ou par calorimétrie différentielle à balayage. Après une complète caractérisation, ces matériaux ont été intégrés dans des dispositifs photovoltaïques à colorants en utilisant un électrolyte liquide pour atteindre des efficacités élevées jusqu’à 9,78 % en utilisant un seul colorant et jusqu’à 10,90 % dans le cas de la co-sensibilisation du TiO2 par deux sensibilisateurs. Certains colorants ont également conduit à des efficacités se situant à l’état de l’art à 7,81 % en remplaçant l’électrolyte liquide par un liquide ionique. De plus, certains colorants dans ces mêmes dispositifs ont présenté une excellente stabilité avec une perte comprise entre 7 et 38 % après 7000 heures d’illumination continue à 1000 W.m-2 à 65 °C. Enfin, des premiers tests ont également été réalisés en dispositifs à l’état solide qui ont conduit à une efficacité 4,5 % avec un transporteur de trous de référence ouvrant de nouvelles perspectives d’application après optimisations. En parallèle, les nouveaux transporteurs de trous synthétisés dans ce travail se sont révélés efficaces en cellules à base de pérovskites
During one hour, the Earth receives solar energy which is equivalent to one year of the world energy consumption. For this reason, photovoltaic cells that convert photons to electricity, have a key role to play in the energetic transition imposed by climate change. Dye-sensitized solar cells are one of the emergent technologies that have already been used at the industrial scale in a few examples of building integrating. They represent an esthetic and low-cost alternative compared to silicon solar cells. These hybrid cells also named « Grätzel cells » use a nanostructured inorganic semi-conductor where a dye is grafted onto the surface and acts as a sensitizer. This dye injects electrons after photo-excitation in the oxide. The dye is regenerated by a redox couple present in a liquid electrolyte or a hole transport material that are themselves regenerated by the counter electrode. In this context, this work presents studies about some of the cell constituents (from the semi-conductor to the dye regenerating system). The major part of this thesis concerns the synthesis and the advanced characterization of organic semi-conductors, dyes or hole transport materials, and the study of the structure/properties relations. In particular, the replacement, the substitution, or the rigidification of some functional groups in these structures were achieved and their influence on the properties of the new molecules were studied. The synthesized dyes present maxima of the absorption band at the lowest energy between 440 nm and 610 nm. Energy levels of the new organic materials were determined by cyclic voltammetry and also calculated and localized using the quantum chemistry. Some of the compounds were studied by X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. After a complete characterization, these materials were integrated in dye-sensitized photovoltaic devices using a liquid electrolyte to achieve high efficiencies up to 9,78 % using a single dye and up to 10,90 % in the case of the co-sensitization of TiO2 with two dyes. Certain dyes have demonstrated state-of-the-art efficiencies at 7,81 % by replacing the liquid electrolyte by an ionic liquid electrolyte. Moreover, the use of some of the dyes in these last devices was carried out and found to have an excellent stability with a loss of initial efficiency included between 7 % and 38 % after 7000 hours of continuous illumination at 1000 W.m-2 at 65 °C. Finally, first tests were also realized in solid state devices that showed an efficiency of 4,5 % with a reference hole transport material opening new application perspectives after optimizations. In parallel, the new synthesized hole transport materials in this work were effective in perovskite-based cells

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

49

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

Full text

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

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

50

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.

Full text

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.

APA, Harvard, Vancouver, ISO, and other styles

Dissertations / Theses on the topic 'Cellule solaire organique'

Create a spot-on reference in APA, MLA, Chicago, Harvard, and other styles