III.5. Structures des cellules photovoltaïques
organiques
Au cours des deux dernières décennies, deux
types de cellules photovoltaïques organiques moléculaires ont
été intensivement étudiés: celles qui utilisent le
contact Métal/ organique (monocouche) et celles construites avec un
empilement de deux couches organiques (bicouche) ou
hétérojonction. Quelque soit le type de cellule
étudié, les positions respectives des travaux de sortie des
électrodes et les niveaux énergétiques HOMO et LUMO des
matériaux organiques, apparaissent déjà comme des
paramètres importants qui conditionnent le rendement quantique. C'est
pourquoi de nombreux matériaux ont été
synthétisés et présentés dans des structures en
tant que matériaux transporteurs de trous (par exemple le PTCDA,
Merocyanine, MPc...) ou transporteurs d'électrons (PTCDIa, PTCBI,
PTCDIb, TPyP ...).
III.5.1. Structure monocouche
Ce type de cellules a été décrit comme
étant de type Schottky, car une couche de matériau organique est
prise en sandwich entre deux électrodes métalliques d'aluminium
et d'argent. Cependant, comme une fine couche d'oxyde se forme entre
l'aluminium et la couche organique, on obtient en réalité une
structure MIS. En 1978, A. K. Ghosh et T. Feng ont démontré que
le photo- courant généré dans cette structure est
gouverné par la diffusion des excitons vers l'interface organique/
aluminium où ils se dissocient en électron et trou.
L'électron est transporté par l'aluminium et le trou par la
couche organique [07].
En général, les cellules photovoltaïques
organiques décrites comme étant de type Schottky se
présentent sous la forme métal/ organique/ métal ou ITO/
organique/ métal (Figure III.4). Dans ce type de structures, la
différence entre les travaux de sortie des deux électrodes et/ou
la barrière Schottky formée à l'un des deux contacts
métal/ organique sont à l'origine de la création d'une
barrière de potentiel. Les propriétés photovoltaïques
dépendent alors fortement de la nature des électrodes. Le choix
des métaux est déterminant pour réaliser un contact
ohmique d'un coté et non- ohmique de l'autre. Le caractère
Schottky d'une cellule photovoltaïque organique peut changer selon
l'environnement et la méthode d'élaboration [07].
Figure III.4: Structure d'une cellule photovoltaïque
monocouche.
Des structures monocouches présentant un rendement de
conversion en puissance de
8% sous illumination avec une lumière monochromatique
de faible énergie. Cependant ces cellules étaient instables et le
rendement chutait à 0,02% dès qu'on augmentait l'intensité
lumineuse. Les rendements publiés pour ces structures sont faibles
(inférieurs à 0,1%) à cause d'une hauteur de
barrière d'énergie insuffisante pour dissocier efficacement les
excitons, mais aussi à cause d'un faible facteur de forme. L'utilisation
des hétérojonctions s'est avérée une solution pour
pallier ces problèmes.
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