Studies on processing additives introduced to increase the efficiency of organic solar cells : selection and mechanistic effects

Abstract

Les cellules solaires organiques à hétérojonction en volume (BHJ en anglais) font l'objet d'un grand intérêt car elles représentent une source d'énergie bon marché et renouvelable. Cependant, à cause des rendements généralement bas, ce type de cellule peine à intégrer le marché. Afin d’en augmenter le rendement, contrôler la morphologie des semi-conducteurs dans la BHJ représente un élément clé. Dans ce contexte, il apparaît, dans la littérature, que les additifs solvant permettent de contrôler cette morphologie et d'augmenter les rendements.Cette thèse a pour but de fournir une étude complète sur l'utilisation des additifs. Le couple de semi-conducteurs étudié est le poly(3-hexylthiophene) (P3HT)/[6,6]-phényl-C61butanoate de méthyle (PC61BM).Une première partie présente une méthode développée pour guider la sélection d'additifs parmi une liste de solvants. Cette méthode emploie les paramètres de solubilité de Hansen des semi-conducteurs. Elle est appliquée au système P3HT/PC61BM et résulte en l'identification de trois nouveaux additifs performants. Ensuite, des caractérisations structurales, électriques et optiques sont menées sur la BHJ et permettent d'identifier les effets des additifs. Les effets de ces additifs se révèlent être différents en fonction de l'architecture des dispositifs. L'origine de telles différences est corrélée aux variations de mobilités des porteurs de charge causées par les additifs. Des tests de photo-stabilité ont été menés et montrent que les additifs sont capables d'augmenter la stabilité des cellules solaires. L’origine de telles améliorations est étudiée. Enfin, l'étude est étendue à deux autres nouveaux polymères semi-conducteurs.