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

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1.1. LES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES ET LES SEMI-CONDUCTEURSORGANIQUESLongueur de diffusion des excitonsMatériaux Longueur de diffusion (nm) Réf.PTCDA 88 ± 6 [19]ZnPc 30 ± 10 [20]C 6014 [16]40 ± 5 [17]PPV 12 ± 3 [21]Mobilité des chargesMatériaux Mobilité (cm 2 .V −1 .s −1 ) Réf.PTCPEµ n = 2, 6.10 −5 [22]µ p = 1, 4.10 −5 [23]C 60 µ n = 10 −1 [24]pentacène µ = 35 [18]Tab. 1.3 – Longueur de diffusion des excitons et mobilité des charges dans différents semiconducteursorganiques. µ n est la mobilité des électrons et µ p celle des trous. Les nomssystématiques des matériaux sont donnés dans l’abréviation.12
CHAPITRE 1. CELLULES SOLAIRES ET MATÉRIAUX ORGANIQUESune technologie propre dans un contexte de développement durable. Deuxièmement, commeils sont facile à manipuler, les choisir comme matériaux de base permettrait aux industrielsd’avoir accès à une technique peu coûteuse et de réduire le nombre d’étapes dans la fabricationde la cellule. Troisièmement, ces matériaux organiques offrent la possibilité de réaliserdes cellules solaires semi-transparentes et souples. De ce fait, on peut envisager des dispositifsà double fonction (incorporés dans les vitres, tuiles...) donnant accès à des marchésinaccessibles aux technologies classiques.Les matériaux organiques utilisés peuvent être ou bien des polymères, ou bien des petitesmolécules comme le fulleréne, le phtalocyanine, les dérivés de pérylène . . .Malheureusement, pendant de nombreuses années les cellules solaires à base de matériauxorganiques ont eu des rendements très faibles : 10 −5 % en 1970 [25], puis 0.7 % en1978 [26]. Ce n’est qu’en 1986 que Tang fut le premier à réaliser un dispositif ayant unrendement proche de 1 % [15], en introduisant la cellule bicouche à jonction da. En 1998, lerendement des meilleures cellules était de 1.9 % [27]. Actuellement, pour les polymères, lesmeilleurs rendements de puissance sont compris entre 2.5 % et 3.1 % [28]. Pour les petitesmolécules, le meilleur dispositif a été élaboré à partir d’une cellule composée de fullerène etde phtalocyanine, pour un rendement de puissance de 3.6 % [29].De plus, les cellules solaires réalisées à base de matériaux organiques sont nettementmoins efficaces que celles composées de semi-conducteurs inorganiques ; comme en témoignela figure 1.2, les rendements sont très inférieurs à ceux obtenus avec les semi-conducteursinorganiques. Par ailleurs, la durée de vie des cellules solaires organiques n’est souvent quede quelques minutes. Toutefois, il semblerait qu’un grand progrès ait été réalisé de ce côtépuisqu’ en 2004, Siemens a annoncé dans un communiqué de presse avoir réalisé un dispositifayant un rendement de 5 % [30]. Au-delà de l’amélioration du rendement, la durée de vie dudispositif est le progrès le plus significatif puisque celui-ci est de plusieurs milliers d’heuresd’exposition à la lumière solaire.Enfin, en 2005, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont développé unecellule photovoltaïque utilisant le pentacène ayant un taux de conversion de 5 % [31]. Ladurée de vie de la cellule n’est pas précisée.13
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