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Les matériaux semi-conducteurs organiques sont porteurs d’un potentiel de développement important dans la recherche de modules photovoltaïques à coût relativement bas pour la production d’électricité domestique. Contrairement aux cellules à base de silicium, ils peuvent être fabriqués facilement sur des substrats souples, ce qui leur permettra de s’intégrer facilement dans les objets courants.
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Structure et technologie des cellules solaires organiques
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4. Le fonctionnement des cellules photovoltaïques organiques
Entre l’étape initiale où la lumière pénètre dans un convertisseur photovoltaïque organique et l’étape finale où des électrons sont collectés sur les électrodes, plusieurs processus physiques agissent successivement qui déterminent l’efficacité de la photoconversion. La faiblesse des rendements actuels se comprend par la description de ces mécanismes.
4.1 Absorption des photons – création d’excitons
L’absorption de photons dans un solide se traduit par l’apport d’énergie aux électrons du niveau HOMO. La transition vers le niveau LUMO entraîne l’apparition d’un trou qui reste lié à l’électron par interaction électrostatique mutuelle. Le couple électron-trou, électriquement neutre, est alors appelée exciton. Lorsque les deux charges sont localisées sur la même molécule ou sur la même unité monomérique, il est appelé exciton de Frenkel ; au contraire si la distance entre l’électron et le trou correspond à plusieurs unités monomériques, c’est un exciton de type Wannier. Dans les matériaux inorganiques, la valeur de l’énergie de liaison E Le x est très faible (14,7 meV pour le silicium) et l’énergie thermique est suffisante, à température ambiante, pour séparer les deux charges liées. Il n’en est pas de même dans les matériaux organiques puisque les valeurs de E Le x sont de l’ordre de plusieurs centaines de meV. Il en résulte une difficulté à dissocier les charges qui restent liées à température ambiante. La présence d’un champ électrique local, mesurable par électroabsorption , est requise pour que s’exerce une force capable de surpasser l’attraction coulombienne. La durée de vie d’un exciton τex est de quelques nanosecondes (22 ns pour le tris(8-hydroxyquinoline) d’aluminium – Alq3 ...
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Le fonctionnement des cellules photovoltaïques organiques
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - MARTIN-AMOUROUX (J.M.) - Les prix et les coûts des sources d’énergie. - http://sfp.in2p3.fr/Debat/debatenergie/websfp/PrixetCouts.htm
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(3) - BECQUEREL (A.E.) - Mémoires sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons. - C. R. Acad. Sci., 9, 561-567 (1839).
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(4) - CHAPIN (D.M.), FULLER (C.S.), PEARSON (G.L.) - A new silicon on junction photocell for converting solar radiation into electrical power. - J. Appl. Phys., 25, 676-677 (1954).
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(6) - TANG (C.W.) - Two-layer organic photovoltaic cell. - ...
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