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Etude de l'effet de la température sur les paramétres d'une cellule solaire organique

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par Abdelhouad DOUHA
Centre Universitaire De Béchar - Ingénieur d'etat en science de matériaux 2007
  

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République Algérienne Démocratique Et Populaire

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Centre Universitaire De Béchar

MEMOIRE DU FIN D'ETUDE

Présentée pour l'obtention du diplôme de:

Ingénieur d'état

En Science de matériaux

Présentée et soutenue publiquement Par:
Douha abdelouahab

Juin 2008

Etude de l'effet de la température sur les paramètres

d'une cellule photovoltaIque organique

Directrice de these : DAOUDI MEBARKA
Devant le Jury:

Président: KADRI .S Maître assistant chargée de cours (C.U.B)

Examinateur : Pr BELGHACHI .A (C.U.B)

Ce travail a été effectué sous la direction de l'enseignante M. DAOUDI maître assistant chargé de cours au centre universitaire de Béchar, qu'il trouve ici l'expression de ma profonde reconnaissance, pour avoir dirigé ce travail qui a été réalisé grace a son expérience et son rigueur scientifique, ainsi qu'aux précieux conseils qu'il m'a prodigués au cours de ce travail.

Je tiens aussi a remercier les membres de jury qui Trouvent ici le témoignage de mes sincères remerciements d'avoir accepté d'examiner ce document.

Introduction ginirale ----- 01

Chapitre I: Les semi-conducteurs organiques

I.1. Introduction ---------------------------------------------------------- ----- 05

I.2. Les différents types des matériaux organiques---------- ----- 06

I.3. Caractère semi conducteur des matériaux organiques ------ 06

I.4. Structure électronique des matériaux organiques ------ ----- 10

I. 5. Conduction électrique -------------------------------------------- ----- 11

I.5.1 Transport par sauts (hopping) --------------------------- ----- 11

I.5.2. Le saut du polaron -----------------------------------------

----- 11

I.6. Dopage des semiconducteurs organiques----------------- ---- 12

I.7. Mobilité ----------------------------------------------------------------- ----- 14

I.8. Différence entre semi-conducteurs inorganiques et organiques ----- 14

I.9. Les applications des semiconducteurs organiques -----------------

15

Chapitre II : Technique de réalisation des cellules photovoltaïques
organ iques

II.1. Introduction ---------------------------------------------- ----- 20

II.1. Présentation de l'échantillon ----------------------- ---- 21

II.2. Dispositif expérimental ------------------------------ ----- 23

II.3. Choix des électrodes supérieures---------------- ----- 24

II.3.1.Dépôt des électrodes-------------------------- ---- 24

II.3.2. Dépôt de la cathode--------------------------- ---- 26 II.4. Caractérisations structurales ------------- -------------- 28

II.4.1. Mesure de l'épaisseur des échantillons ------ 28

II.4.2. Caractérisation de la surface par AFM -
----- 29

II.5. Caractérisations optiques --------------------------- ----- 29

II.5.1. Spectre d'absorption ------------------------ ------ 29

II.5.2. Spectre de fluorescence-------------------- ---- 30

II.6. Caractérisations électriques ----------------------- ----- 31

II.7. les avantages des cellules photovoltaïques organiques ----- 31

II.8.les inconvénients des cellules photovoltaïques organiques ----- 32

Chapitre III: Les cellules photovoltaïques organiques

III.1. Introduction ----- 34

III.2. Le soleil -----

----- 35

III.3. Le rayonnement solaire ------------------------------------------------------------------------ ----- 36

III.4. L'effet photovoltaïque -------------------------------------------------------------------------- ----- 39

III.5. Structures des cellules photovoltaïques organiques-------------------------------- ----- 39

III.5.1. Structure monocouche --------------------------------------------------------------- ----- 40

III.5.2. Structure bicouche (hétérojonction) -------------------------------------------- ----- 41

III.6. Principe de fonctionnement des cellules photovoltaïques organiques------ ------ 42

III.6.1.Cellule photovoltaïque à base de polymère ------------------------------------ ------ 42

III.6.2. Génération des porteurs de charges dans les matériaux organiques ----- 43

III.7. Caractéristique courant - tension des cellules photovoltaïques ---------------- ----- 46

III.8. Paramètres des cellules photovoltaïques----------------------------------------------- ------ 49

Chapitre IV: Résultats et discussions

IV.1. Introduction ----------------------------- ----- 52

IV.2. Notre échantillon ---------------------- ----- 53

IV .3. Caractéristique courant- tension ----- 54

IV.4. l'effet de la température ------------ ----- 56

IV.5. Conclusion ----------------------------- ----- 60

Conclusion ginirale ------------------- ----- 61

References bibliographiques

~~~~~ 63

INTRODUCTION GENERALE

Il y a une quarantaine d'années, l'industrie des semi-conducteurs s'est développée autour de matériaux tels que le Si et le GaAS. Cependant, depuis quelques années, cette même industrie s'intéresse à d'autres matériaux: ''les polymères'' [01-02-05-04]. En effet, à côté des isolants et des photo- résines, il existe une catégorie de matériaux organiques moins connue: les polymères conducteurs. De nombreuses perspectives d'applications font de l'électronique organique un champ de recherche majeur. Bien que l'engouement du secteur microélectronique envers ces nouveaux matériaux soit principalement économique, on peut les considérer comme des alternatives aux matériaux classiques pour d'autres raisons. L'avantage majeur est la facilité de fabrication. En effet à côté de la technique classique d'évaporation sous vide, il existe aujourd'hui des polymères solubles, ce qui rend la déposition par tournette possible. Des caractéristiques telles que leurs tenues mécaniques, leur structure flexible les rend également intéressants à d'autres points de vues [08].

Au cours des deux dernières décades, des efforts de recherche importants ont été développés dans le monde pour réaliser des cellules solaires, essentiellement à base de silicium, produisant le kilowattheure à un prix concurrentiel par rapport aux autres sources d'énergie (pétrolière, nucléaire...). Aujourd'hui le prix élevé des matériaux utilisés et des technologies mises en oeuvre limite la commercialisation de ces convertisseurs à quelques domaines particuliers. L'utilisation des matériaux organiques apparaît comme une solution alternative pour produire des cellules solaires à faible coût et les rendre compétitives sur le marché de l'électricité. Ces cellules ne sont pas, jusqu'à présent, commercialement compétitives à cause de leur faible rendement de conversion en puissance. Cependant l'immense choix dans la composition chimique et la structure des couches d'une part, l'avancement des techniques de croissance d'autre part assurent une continuité du développement de ces dispositifs.

Ce document qui est devant vous sera partagé en quatre chapitres comme suit:

Le premier chapitre décri les propriétés des semi-conducteurs organiques utilisant dans la réalisation des cellules photovoltaïques organiques.

Le deuxième chapitre indique les techniques expérimentales mises en oeuvre pour l'élaboration des cellules photovoltaïques organiques et les méthodes de caractérisation utilisées.

Le troisième chapitre rappelle d'abord les propriétés de rayonnement solaire, puis décri le mécanisme de fonctionnement des cellules photovoltaïques organiques en comparant à celui des cellules inorganiques. Ainsi que les paramètres qui caractérisent une cellule photovoltaïque sont indiquées.

Les résultats de simulation sont donnés dans le dernier chapitre. La première partie est consacrée à l'étude de la caractéristique courant- tension d'une cellule photovoltaïque organique type ITO/PEDOT/CuPc/LiF-Al sous et sans éclairement, en utilisant un programme MATLAB. Les résultats obtenus sont comparés et discutés. Dans la deuxième partie, nous avons présenté l'influence de la température sur les paramètres de cette cellule.

Les semi-conducteurs organiques

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