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