Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les cellules photovoltaïques organiques convertissent la lumière en électricité grâce aux propriétés d'une hétérojonction formée de deux matériaux respectivement donneur et accepteur d'électron. L'efficacité de conversion dépend de la nano-structuration de l'interface donneur/accepteur. Les matériaux forment des réseaux bi-continus interpénétrés de domaines de taille caractéristique inférieure à quelques dizaines de nanomètres. Les propriétés électroniques et l'orientation préférentielle des domaines déterminent l'efficacité de la collecte des charges photogénérées par le circuit extérieur. L'optimisation de la nano-structuration des matériaux organiques, utilisés comme couche active, est un élément clef pour l'avenir de cette technologie. Plusieurs approches sont possibles, elles s'appuient sur des outils de nanofabrication, des procédés physico-chimiques et la conception de nanomatériaux fonctionnalisés et font l'objet principal de cet article.
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Organic photovoltaic devices use a donor/acceptor heterojunction in order to convert light into electricity. The efficiency of the conversion strongly depends on the nanostructure of the interface between the electron donor and electron acceptor semiconductors. Both materials form an interpenetrated bi-continuous network of domains, the characteristic length scale of which must be inferior to a few dozen nanometers. The electronic properties and spatial orientation of the domains allow for an efficient photogenerated carrier collection by means of the external circuit. The optimization of organic materials' nanostructure, which is used as an active layer, is essential to the future of organic photovoltaics. Several distinct methods exist and are based either upon nano-fabrication tools, on physico-chemical processing or on the design of functional nano-materials. The aim of this article is to present the most current ones.
Auteur(s)
INTRODUCTION
L'exploitation des sources d'énergie renouvelable et en particulier du solaire photovoltaïque (PV) est devenue une priorité. Les cellules photovoltaïques en couches minces tentent de contourner les difficultés rencontrées par la technologie traditionnelle à base de silicium en minimisant la quantité de matière active semi-conductrice par kWh installé tout en maintenant le rendement de conversion à des valeurs raisonnables (entre 10 et 20 %). Ces innovations devraient permettre d'élargir les possibilités d'intégration du photovoltaïque à de nouveaux domaines comme les produits microélectroniques nomades ou encore les vitrages photovoltaïques.
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- Version courante de mars 2022 par Nicolas LECLERC, Patrick LEVÊQUE
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Conclusion2. Nanostructuration de la couche active
2.1 Approche physique
Plusieurs approches physiques ont été testées afin d'obtenir, par des techniques différentes, la structure idéale comprenant des domaines donneurs et accepteurs parfaitement interpénétrés et de taille comparable à la longueur de diffusion des excitons (Ld).
HAUT DE PAGE2.1.1 Structuration par le substrat
Une première approche consiste à définir sur un substrat des motifs nanométriques d'un matériau ayant des affinités différentes avec le donneur et l'accepteur d'électrons de la couche active. En déposant sur le substrat modifié le mélange D/A par voie humide, on impose depuis le substrat une nanostructuration de la couche active (figure 3).
Deux problèmes principaux sont inhérents à cette approche. Tout d'abord, la taille des domaines donneurs et accepteurs est limitée par les dimensions minimales que l'on peut imposer au motif. D'autre part, les domaines donneurs et accepteurs sont connectés aux deux électrodes ce qui n'est pas optimal pour le rendement photovoltaïque. Cette approche a néanmoins été testée avec un certain succès . Dans cette étude, la couche d'ITO qui recouvre le substrat de verre est elle-même recouverte d'une couche de PEDOT:PSS comme dans la structure classique décrite dans la figure 1a. Le PEDOT:PSS est structuré à l'aide d'un motif à base d'une monocouche auto-assemblée de 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) à...
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Nanostructuration de la couche active
BIBLIOGRAPHIE
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