1.3. LES CRISTAUX LIQUIDES COMME SEMI-CONDUCTEURS DANS LESCELLULES PHOTOVOLTAÏQUESajoutant <strong>de</strong>s substituants imi<strong>de</strong>s au cœur aromatique ce qui a pour eff<strong>et</strong> d’appauvrir ce <strong>de</strong>rnier<strong>en</strong> <strong>de</strong>nsité d’électrons. Ainsi une cellule solaire peut être <strong>en</strong>tièrem<strong>en</strong>t réalisée à partir <strong>de</strong><strong>cristaux</strong> liqui<strong>de</strong>s <strong>colonnaires</strong>.L’absorption optique est dép<strong>en</strong>dante <strong>de</strong>s matériaux puisqu’elle est reliée au“gap”séparantla HOMO <strong>et</strong> la LUMO. Plus précisém<strong>en</strong>t, c’est le cœur aromatique qui détermine la couleurdu matériau. Par exemple, un cristal liqui<strong>de</strong> colonnaire à base <strong>de</strong> triphénylène est incolore,un autre à base <strong>de</strong> pérylène sera rouge <strong>et</strong> un phtalocyanine comme le CuPc est vert.1.3.4 La fabrication d’une cellule à matériaux <strong>colonnaires</strong>La structure d’une cellule bicouche est représ<strong>en</strong>tée sur la figure 1.15. Les électro<strong>de</strong>s sontchoisies <strong>de</strong> telle sorte que l’on obti<strong>en</strong>ne <strong>de</strong>s contacts ohmiques avec les films <strong>organique</strong>s. Demanière générale, l’oxy<strong>de</strong> d’indium <strong>et</strong> d’étain (ITO), semi-transpar<strong>en</strong>t, est utilisé pour réaliserl’ano<strong>de</strong> tandis que les métaux comme l’aluminium ou l’arg<strong>en</strong>t constitu<strong>en</strong>t la catho<strong>de</strong>. Surl’ITO, les matériaux <strong>organique</strong>s sont déposés : dans un premier temps, les <strong>organique</strong>s <strong>de</strong> typep, conducteurs <strong>de</strong> trous, puis les <strong>organique</strong>s <strong>de</strong> type n, conducteurs d’électrons. L’épaisseur<strong>de</strong> chaque couche <strong>organique</strong> est un compromis <strong>en</strong>tre plusieurs paramètres interv<strong>en</strong>ant dansla cellule photovoltaïque. En eff<strong>et</strong>, pour la longueur <strong>de</strong> diffusion <strong>de</strong>s excitons <strong>et</strong> la mobilité<strong>de</strong>s charges, il est nécessaire que l’épaisseur <strong>de</strong>s couches soit faible. En revanche, du point <strong>de</strong>vue <strong>de</strong> l’absorption du spectre solaire, une cellule solaire est d’autant plus efficace que sonfilm est épais. Typiquem<strong>en</strong>t, chaque couche <strong>organique</strong> n’excè<strong>de</strong> pas 50 nm.Pour déposer les films <strong>organique</strong>s, il existe plusieurs techniques comme le trempage, lalame <strong>de</strong> bistouri, le j<strong>et</strong> d’<strong>en</strong>cre, le spin coating ou l’évaporation. Sans r<strong>en</strong>trer dans le détail<strong>de</strong> toutes ces techniques, nous allons expliquer les <strong>de</strong>ux <strong>de</strong>rnières métho<strong>de</strong>s.– Le spin coating consiste à utiliser la force c<strong>en</strong>trifuge exercée sur un substrat mis <strong>en</strong>rotation à vitesse <strong>et</strong> accélération contrôlées. C<strong>et</strong>te technique perm<strong>et</strong> <strong>de</strong> créer <strong>de</strong>s filmshomogènes. Nous y revi<strong>en</strong>drons plus <strong>en</strong> détails dans le paragraphe 2.2.– L’évaporation sous vi<strong>de</strong> consiste à chauffer le matériau placé dans un creus<strong>et</strong> <strong>en</strong> verrePyrex. Le substrat est déposé à quelques c<strong>en</strong>timètres au <strong>de</strong>ssus <strong>de</strong> ce creus<strong>et</strong> <strong>et</strong> lematériau se con<strong>de</strong>nse à son contact. Une balance <strong>en</strong> quartz située au niveau du substratperm<strong>et</strong> <strong>de</strong> mesurer <strong>en</strong> temps réel la vitesse d’évaporation ainsi que l’épaisseur du film.30
CHAPITRE 1. CELLULES SOLAIRES ET MATÉRIAUX ORGANIQUESFig. 1.15 – Configuration <strong>de</strong> la structure d’une cellule photovoltaïque bicoucheSi les films minces <strong>organique</strong>s peuv<strong>en</strong>t être déposés suivant l’une ou l’autre <strong>de</strong> ces <strong>de</strong>uxtechniques, le dépôt <strong>de</strong> la catho<strong>de</strong> ne peut s’effectuer que par évaporation sous vi<strong>de</strong>. Leprocédé est le même que décrit ci-<strong>de</strong>ssus, à la différ<strong>en</strong>ce que les creus<strong>et</strong>s utilisés sont <strong>en</strong>tungstène.Lors <strong>de</strong> sa réalisation, la conformation <strong>de</strong> la cellule solaire doit être optimisée afin d’<strong>en</strong>augm<strong>en</strong>ter l’efficacité <strong>et</strong> le r<strong>en</strong><strong>de</strong>m<strong>en</strong>t. Ainsi, il faut organiser les matériaux discotiques<strong>de</strong> telle sorte que les colonnes soi<strong>en</strong>t disposées <strong>de</strong> manière perp<strong>en</strong>diculaire au substrat(ancrage homéotrope).Par ailleurs, lorsque les <strong>de</strong>ux films <strong>organique</strong>s sont déposés par spin coating, il faut s’assurerque le solvant utilisé pour le dépôt <strong>de</strong> la secon<strong>de</strong> couche, n’altère pas la première. Pouréviter ce problème, Schmidt-M<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>et</strong> al ont réalisé une cellule solaire à partir d’une <strong>solution</strong>cont<strong>en</strong>ant à la fois un cristal liqui<strong>de</strong> colonnaire à température ambiante (HBC-PhC12, figure1.12) <strong>et</strong> un dérivé non mésomorphe du pérylène [65] . D’après les auteurs, la différ<strong>en</strong>ce <strong>de</strong>solubilité <strong>de</strong> ces <strong>de</strong>ux matériaux ainsi que le dépôt par spin coating, procur<strong>en</strong>t un ancragehoméotrope aux molécules discotiques couvertes <strong>de</strong> cristallites du dérivé <strong>de</strong> pérylène. Il s’agitdonc <strong>de</strong> la configuration idéale pour réaliser une cellule solaire <strong>organique</strong>. Le r<strong>en</strong><strong>de</strong>m<strong>en</strong>t <strong>de</strong>puissance est d’<strong>en</strong>viron 2 % à 490 nm.Toutefois, un traitem<strong>en</strong>t thermique comme le recuit est le moy<strong>en</strong> le plus efficace pourori<strong>en</strong>ter les couches <strong>organique</strong>s. Cep<strong>en</strong>dant, la principale difficulté du recuit rési<strong>de</strong> dans le31