Etudes de cristaux liquides colonnaires en solution organique et en ...

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1.1. LES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES ET LES SEMI-CONDUCTEURSORGANIQUEScoût coût délai de duréed’investissement de production mise en oeuvre annuelle(euros/W ) (euros/KW h) (années) de fonctionnementturbines à gaz 0.46 - 1 -turbines à fuel - 0.04 3-4 1000-8000nucléaire 1.52 0.03 10 4000-8000éolien 0.61-0.84 0.045-0.075 < 1 2000-2500solairephotovoltaïque4.57-9.15 0.30-1.53 < 1 1000Tab. 1.1 – Paramètres clés des différentes filières de production de l’électricité [13]renouvelables, la biomasse et l’énergie hydraulique occupent respectivement 47 % et 45 % ;l’énergie solaire représente seulement 1 %.L’énergie grise représente l’investissement en énergie nécessaire à la réalisation d’une cellulesolaire. Nous pouvons nous demander, au travers de cette énergie grise, si les dispositifs àbase de matériaux inorganiques s’incrivent bien dans une politique de développement durable.En effet, il faut compter entre 3 et 4 ans pour qu’un dispositif amortisse cet investissement,ce qui n’est pas négligeable eu égard à une durée de vie annoncée de 30 ans.1.1.2 Les cellules solaires à base de semi-conducteurs organiques1.1.2.1 Structure et principeLa structure de base des cellules solaires organiques est une hétérojonction entre unmatériau donneur et un matériau accepteur ; on parle alors d’une hétérojonction da. Ceshétérojonctions peuvent se diviser en deux groupes : les hétérojonctions bi-couches qui ontune structure similaire à celle des cellules photovoltaïques inorganiques et les hétérojonctionsen volume, spécifiques aux matériaux organiques.La production d’énergie électrique à partir de la lumière solaire incidente est le résultatd’une succession de processus que l’on peut résumer par l’organigramme présenté sur la figure1.1. Dans un premier temps, les photons incidents sont absorbés, ce qui génère des excitons.8
CHAPITRE 1. CELLULES SOLAIRES ET MATÉRIAUX ORGANIQUESLes excitons sont composés d’un électron et d’un trou liés par attraction électrostatique.Ils diffusent dans la structure avant de se dissocier à l’interface da ou de se recombiner. Onappelle longueur de diffusion des excitons, la distance que parcourent en moyenne les excitonsavant de se recombiner. Dans la cellule de type da, la présence d’un matériau riche en trous etd’un autre riche en électrons induit un champ électrique dans la structure. Une fois séparés, lescharges électriques, électrons et trous, diffusent vers leurs électrodes respectives. On recueillealors un courant électrique. La mobilité des charges est l’aptitude des électrons ou des trousà se déplacer dans un champ électrostatique donné. Elle s’exprime en cm 2 .V −1 .s −1 .Les excitons qui se créent dans la cellule migrent vers l’interface, où ils vont s’y dissocier.Une fois que la paire électron-trou s’est dissociée, les charges doivent migrer jusqu’auxélectrodes.Absorptionde la lumière✲Créationd’excitons❄Diffusiondes excitons❄Séparationélectron-troudans le champ induit❄Transport des porteursvers les électrodes✬✲ Relaxationnon radiative✫✬✲ Recombinaisondes charges✫✩✪✩✪❄Transfert des électronsaux électrodesFig. 1.1 – Principe d’une cellule solaire organique [14]9
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