Électronique et optoélectronique organiques (Collection Télécom (ex-Collection technique et scientifique des télécommunications))

Cover......Page 1
Electronique
et optoélectronique organiques......Page 4
ISBN : 9782817801025......Page 5
Préface......Page 8
Table of Contents
......Page 10
Abréviations utilisées de façon courante......Page 20
1. Généralités : électronique organique ou électronique plastique ? Avec quels matériaux ?......Page 22
2. La naissance de l’électronique organique......Page 24
3. Ce que propose ce livre......Page 25
1. Introduction......Page 29
2.2. Cas de la liaison faible......Page 30
2.3 Cas de la liaison forte......Page 31
3.1. Résultat préalable pour l’approximation d’ordre zéro......Page 33
4.1. Forme du potentiel résultant......Page 37
4.2. Forme de la fonction d’onde......Page 38
4.3. Effet de la périodicité du potentiel sur la forme de la fonction d'onde. Théorème de Floquet......Page 39
4.4.1. Mise en équation du problème (avec x   r : problème 1D)......Page 40
4.4.2. Calcul de l’énergie par intégration sur la chaîne supposée constituée par N atomes......Page 42
5.1. Signification physique des termes (E0 - a) et......Page 44
5.2. Formation d’une bande d’énergie permise sans gap......Page 45
5.3. Conditions d’apparition des bandes interdites......Page 46
6. Exercice : justification rapide du théorème de Bloch......Page 47
7.1.1. Orbitales s......Page 48
7.1.2. Orbitales p......Page 49
7.2. Les orbitales moléculaires......Page 51
7.3.1. Liaisons a......Page 52
7.3.2. Liaisons......Page 53
1. Introduction......Page 55
2.1. Généralisation à 3D de l’expression de l’énergie permise......Page 56
2.2. Expressions de la masse effective, de la largeur de bande et de la mobilité......Page 57
3.1. Position du problème......Page 58
3.3. Au point critique M (figure 2.3-a)......Page 59
4.1. Généralités : intérêt des matériaux  -conjugués en optoélectronique......Page 61
4.2 Définition des matériaux conjugués [ngu 94] : rappels pour physiciens ou électroniciens !......Page 63
5.1. Exemples de structures chimiques de polymères  -conjugués......Page 64
5.2.1. Structure de période a (liaison   délocalisée)......Page 66
5.3.1. Démarche du raisonnement......Page 67
5.3.2.1. Orbitales d’un cycle benzénique isolé......Page 68
5.3.2.2. États énergétiques d’un cycle benzénique isolé......Page 71
5.3.4. Effet des interactions inter-chaînes et du désordre (début de « l’imperfection »)......Page 72
6.1. Exemples de petites molécules......Page 73
6.2 Évolution des niveaux d’énergie en passant d’un système de molécules isolées les unes des autres à un système de molécules condensé (état solide)......Page 75
6.3.2. Résultats quantitatifs proposés pour Alq3 par Burrows et al. [bur 96]......Page 76
6.4.1. Généralités concernant la structure [had 86]......Page 77
6.4.2. Niveaux électroniques de la molécule de C60 calculés dans l’approximation de Hückel......Page 78
6.4.3. Schéma de bande du C60 solide (fullerite)......Page 79
7. Conclusion : niveaux d’énergie et transport électronique......Page 81
8.2.1. L’hybridation digonale sp1......Page 84
8.2.3.1. Symétrie de révolution des orbitales......Page 85
8.2.3.2. Le résultat relatif aux 4 orbitales (fonctions) hybridées......Page 86
2. Dopage et conductivité des milieux  -conjugués......Page 87
3.1. Origine du couplage électron-réseau......Page 89
3.2.1. « Le polaron diélectrique »......Page 90
3.2.2.2. Le modèle de Holstein pour les polarons dans les systèmes moléculaires......Page 91
3.2.4. Spectre énergétique du petit polaron dans les cristaux moléculaires......Page 93
3.3. Les polarons dans les polymères  -conjugués ; cas du PPP......Page 95
3.4. Du polaron-exciton à l’exciton : comment franchir le pas ?......Page 97
3.5. Le soliton (cas des polymères  -conjugués dégénérés) [hee 88]......Page 98
4.1. Origine des imperfections dans les solides organiques......Page 100
4.2. Évolution du schéma de bande sous l’influence de défauts de structure (vacances, liaisons pendantes ou de bout de chaîne) : introduction de la notion de niveaux localisés......Page 101
4.3.1. Le modèle......Page 103
4.3.2. Condition d’apparition des états localisés......Page 104
4.3.3. États localisés et conductivité. Transition métal - isolant......Page 105
4.3.4. Représentation finale du schéma de bande d’un milieu amorphe......Page 106
5. Importance des états localisés dans les solides organiques réels ; utilisation des conditions de Ioffe-Regel......Page 107
5.2. Niveaux de transport dans un polymère  -conjugué......Page 108
5.3. Niveaux de transport dans un système de petites molécules......Page 109
6.1. Schéma de bande complet (cumulant les différents effets possibles)......Page 110
6.2. Cas des polymères  -conjugués......Page 111
6.3.1. Effet d’un désordre structural associé à la présence d’une charge dans Alq3......Page 113
7. Conclusion......Page 114
1. Introduction......Page 117
2.1. Rappels de résultats généraux concernant la conductivité dans un cristal réel ([qué 88], [sap 90]) : les limites des théories classiques......Page 118
2.2.2. Formes de la mobilité......Page 119
2.2.3.1. Cas général......Page 120
3.1.1. Cas d’un milieu dégénéré et pratiquement sans désordre (   >> a)......Page 121
3.1.2.2. Limitation du phénomène d’interférence quantique......Page 122
3.2.1. Représentation et propriétés des systèmes non dégénérés......Page 123
3.2.2. Cas des polymères  -conjugués et des petites molécules......Page 124
4.1. Conductivité dans le régime des « queues de bande » : régime non dégénéré (cas (1))......Page 125
4.2. Conductivité dans le régime des états localisés profonds : régime dégénéré (cas 2)......Page 126
4.2.2. Conductivité selon le modèle du saut à distance variable (VRH, pour Variable Range Hopping)......Page 128
4.2.3. Utilisation de la formule de Mott (expression 23)......Page 130
4.2.4. Représentation pratique de la loi de Mott dans le cas du PPP (matériau dopé par implantation)......Page 131
5.1. Déplacement dans la bande des petits polarons et déplacements par sauts......Page 132
5.2.1. Processus à un phonon et processus multiphonons......Page 133
5.2.1.2. Les mécanismes multiphonons apparaissent lorsque (Ep /    0) >> 1, avec aussi bien $ <    0 que $ >    0.......Page 134
5.2.2. Dépendance en température du nombre de sauts (cas du fort couplage)......Page 135
5.3.1. L’événement en coïncidence......Page 136
5.3.2. Énergie d’activation du petit polaron à haute température......Page 137
5.4. Les expressions de la conductivité continue lors du transport par polarons......Page 138
5.5.1. Couplage tridimensionnel direct entre deux chaînes......Page 142
5.5.2. Couplage des chaînes par l’intermédiaire d’ions dopants [bus 94]......Page 143
5.5.3. Conduction par saut dans les polymères désordonnés......Page 144
6.3. Conduction par saut entre sites appartenant à un chemin de percolation......Page 145
6.4. Conduction dans une structure hétérogène (modèle de Kaiser [kai 89])......Page 146
6.5. Mécanismes de saut dans le modèle de désordre de Gauss : modèle GDM (« Gaussian disorder model ») ; formes de la mobilité......Page 147
7.1.1. Les PC très dopés, avec un caractère « métallique » (milieu dégénéré : EF dans les états délocalisés d’un système désordonné)......Page 149
7.2.1. En régime VRH, on doit avoir m = 0 et x = ¼ à 3D, soit w =1/ 41 T04 T+ ,- ./ 0......Page 150
8.1. Définition et intérêt......Page 151
8.3.1. Remarque préliminaire......Page 152
8.3.5. SC amorphe non idéal avec des états dans les queues de bande et EF au-dessous de ces queues de bande......Page 153
8.5.1. Hypothèses de départ......Page 154
8.7.1.1. Différents niveaux de conduction interviennent en parrallèle......Page 155
8.7.3. Représentation graphique......Page 156
8.7.5. Exemple d’utilisation : coefficient Seebeck modulé par une tension de polarisation......Page 157
1. Introduction......Page 159
2.1. Les niveaux d’injection......Page 160
3. Les différentes formes de courant produites par les électrodes (processus A de la figure 5-2 : courants d’émission)......Page 161
3.2. L’émission thermoélectronique (T 	 0 ; Ea = 0)......Page 162
3.3. L’émission par effet de champ (émission Schottky) : Ea « moyennement intense »......Page 163
4.1. Forme simpliste dans le cas de l’isolant parfait......Page 164
4.2.1. Définition......Page 165
4.2.3. Réalisation et schématisation (contact ohmique obtenu lorsque WM < WSI)......Page 166
4.3.1. Les hypothèses (injection seule d’électrons à la cathode)......Page 167
4.3.2. Expression de Mott-Gurney (1940)......Page 168
4.3.3. Représentation graphique (figure 5.9)......Page 169
4.4.1. Transition aux très basses tensions......Page 170
4.4.2.1. Contact (bloquant) avec un isolant......Page 171
4.5.1. Origine et distribution des pièges dans les solides organiques......Page 172
4.5.3. Statistique de piégeage-dépiégeage pour des pièges correspondant au niveau discret Et......Page 173
4.6.1.1. Deux cas limites sont à considérer......Page 174
4.6.2. Forme de J pour des tensions plus élevées (injection)......Page 175
4.6.2.4. Limite de validité en fréquence de l’expression de JsP obtenue en statique (expression (9))......Page 176
4.6.3.1. Cas de niveaux pièges discrets peu profonds......Page 177
4.6.3.2. Cas de niveaux pieges profonds......Page 178
4.7.1. Forme de la distribution......Page 179
4.7.2. Forme du courant de saturation Jexp pour la distribution exponentielle......Page 180
4.7.3. Exemple de distribution exponentielle (cas d’une a phtalocyanine de cuivre, d’après [kao 81])......Page 181
5.1. Introduction ; différence entre solides organiques et inorganiques......Page 182
5.1.2. Cas des solides organiques......Page 183
5.2.4. Cas limite 2......Page 184
5.2.5. Cas limite 3. Cas réel avec CR toujours grand mais borné......Page 185
5.3.3. Application en électroluminescence......Page 186
5.3.4. Transition d’une simple injection vers une double injection......Page 187
5.4. Balance entre courant de recombinaison bimoléculaire et courant d’extraction aux électrodes : distinction entre fonctionnement OLED et OPV......Page 188
5.5. Remarque sur la terminologie : « recombinaison géminée » [sch et fav 10]......Page 190
6.1. Pièges coulombiens......Page 191
6.2. Conduction par effet Poole-Frenkel (discrimination avec l’effet Schottky)......Page 192
7. Exemple d’application......Page 193
7.1. Utilisation du modèle Poole-Frenkel et de sa forme modifiée : mobilité de Poole- Frenkel ; domaine des températures intermédiaires et des basses tensions (0,2 – 1,5 V)......Page 194
7.2. Utilisation des courants limités par la charge d’espace (lois SCLC ou TCL) : étude du domaine des basses températures et des tensions modérées (1,6 – 4 V)......Page 197
7.2.2. Analyse des résultats à l’aide d’un courant SCL en présence de pièges discrets : loi JsP du §4.6.2, avec la mobilité qui suit une loi de Gill (§6.5 du chapitre 4)......Page 198
7.2.3. Discussion sur le choix de la loi à retenir......Page 200
1. Introduction......Page 201
2.1.1. Cas des molécules diatomiques hétéronucléaires......Page 203
2.1.2. Molécules diatomiques homonucléaires......Page 204
2.2. Règle de sélection relative à la parité des orbitales pour les systèmes qui présentent un centre de symétrie......Page 205
2.3.1.1. Molécules conjuguées......Page 206
2.3.1.2. Schématisation des transitions possibles......Page 207
2.3.2.1. Les différents types d’émission......Page 208
2.3.2.2. Les principales structures moléculaires produisant la fluorescence [val 0......Page 209
3.1. Intérêt et usage du diagramme de configuration pour mettre en évidence le couplage électrons-phonons......Page 210
3.2. Effet du couplage électron-réseau lors des transitions électroniques dans les milieux  -conjugués......Page 212
3.3. Étude des transitions permises à l’aide des règles de sélection......Page 213
3.4.2. Écart possible à la règle de sélection......Page 215
4.1. Résultats expérimentaux......Page 218
4.2.2. Étendue des excitations. Notion d’excitons......Page 220
5.1. Introduction......Page 221
5.2. Les excitons de Wannier et les excitons à transfert de charge......Page 222
5.3. Les excitons de Frenkel......Page 225
6.1.1. États et niveaux d’énergie......Page 226
6.1.2. Étude des transitions......Page 228
6.2.2. Cas d’une chaîne linéaire de N molécules identiques (espacées de d)......Page 230
6.2.3. Cas d’une chaîne linéaire contenant deux types de molécules différentes......Page 231
6.3.2. Origine des effets observés......Page 232
7.1.2. Transfert d’énergie radiatif et non radiatif......Page 234
7.2.1. Caractéristique du transfert d’énergie non radiatif (résonant)......Page 235
7.3. Propriétés du transfert à longue distance de Förster (3 à 10 nm)......Page 236
7.4. Propriétés du transfert à courte distance de Dexter (0,6 à 2 nm)......Page 238
8.1.1. Niveaux d’énergie et configuration électronique [cag 71]......Page 239
8.2.1. Effet de la perturbation Hee produite par les interactions électroniques exactes......Page 240
8.2.2.1. Cas où l’énergie d’interaction spin orbite est faible (cas des atomes pas trop lourds : typiquement de masse atomique inférieure à celle de Hg)......Page 241
8.2.3.2. Couplage jj (atomes lourds à plusieurs électrons)......Page 242
1.1. Dépôts des matériaux organiques à la tournette (figure 7.1)......Page 243
1.2. La méthode VDP : polymérisation en phase vapeur......Page 244
1.3. Dépôts des matériaux organiques en phase vapeur......Page 245
1.4.1. Choix du matériau de cathode......Page 249
1.4.2. Type de creuset à utiliser......Page 250
1.5.1.1. Nucléation......Page 251
1.5.1.3. Développement de la microstructure des films épais......Page 252
1.5.2. Les dépôts assistés par faisceaux d’ions......Page 253
1.5.3. Résultat sur une cathode Al obtenue par assistance ionique [tai 06] et [cha 08]......Page 255
1.5.4. Activation du dépôt par effet de la température du porte-substrat......Page 256
1.6.1. Intérêt des faisceaux d’ions pour la fabrication de l’ITO......Page 257
1.6.3. Le résultat final : exemple de valeurs de résistivité et de transmitance......Page 258
2.1.1. Structure des OLEDs (figure 7.20)......Page 259
2.1.2. Préparation des substrats [tro 01], [cha 08]......Page 260
2.1.3. Configuration d’un support de OLEDs destinées à être testées......Page 262
2.2.1.1. Structure monocouche......Page 263
2.2.1.3. Structure interpénétrée......Page 264
2.2.2. Fabrication des structures OPV à l’aide de masques [bro 04] et [hoj 07]......Page 265
2.3.1. Comparatif des structures MOS classiques (MOSFET) et des structures OTFT (« Organic Thin Film Transistor »)......Page 267
2.3.2. Évolution des structures des OTFTs......Page 268
2.3.3. Photocoupleurs organiques......Page 269
3.1.1. Exemple du matériel au laboratoire XLim......Page 270
3.1.2.1. Exemples de dépôts des couches organiques pour réaliser une cellule solaire......Page 273
3.1.2.2. Exemple de réalisation de composants par contrainte mécanique (emboutissage)......Page 276
3.1.2.3. Protection des couches organiques......Page 277
3.2.1. Électronique imprimée......Page 279
3.2.2. Équipement pour la production d’OLEDs en pré-série ou en série (Sunic system)......Page 280
3.2.3. Technologie conduisant aux OLEDs de performances optimum ; développement d’OLEDs blanches ou transparentes......Page 282
3.2.4. Encapsulation des composants organiques......Page 283
3.2.5. Technologies en photovoltaïque organique......Page 284
4.1.2. Donneurs et accepteurs : petit lexique de correspondance de langage entre chimistes et physiciens (vu par un physicien !)......Page 286
4.1.3.1. L’effet inducteur......Page 287
4.1.3.3. Compétition entre les effets inducteurs et mésomères : cas de substitution sur cycles aromatiques......Page 288
4.1.5.1. Cas des petites molécules......Page 289
4.2.1. Mesure de la conductivité......Page 290
4.2.3. Mesure du pouvoir thermoélectrique......Page 291
4.3. Mesure de la mobilité......Page 292
5.1.1. Le flux énergétique et le flux lumineux......Page 293
5.1.1.2. Relation entre flux énergétique et flux lumineux pour une source polychromatique......Page 294
5.1.2.1. L’intensité énergétique (radiante) Ie......Page 295
5.1.3.1. Luminance énergétique d’une source......Page 296
5.1.3.2. Expression de la luminance visuelle......Page 297
5.2.1.1. Remarques préliminaires : effets négligés......Page 298
5.2.1.2. Effets liés à l’angle limite......Page 299
5.2.3. Détermination des flux émis internes et externes......Page 300
5.2.3.4. Relations entre les différents flux......Page 301
5.2.4.2. Le rendement quantique interne......Page 302
5.3.1.1. Sensibilité.......Page 303
5.3.1.2. Sensibilité spectrale......Page 304
5.3.2.2. Montage électronique......Page 305
5.3.2.3. Disposition géométrique d’un système classique de mesure ; représentation de A et de la surface apparente Sa de la OLED......Page 306
5.4.1.1. LED monochromatique ou pseudo-monochromatique (  =  d)......Page 307
5.4.2.1. Le cas monochromatique......Page 308
5.4.2.2. Le cas polychromatique......Page 310
5.5. Effet de la correction polychromatique sur les différentes luminances et les différents rendements dans le cas des OLEDs rouges, vertes et bleues ; discussion.......Page 311
6. Caractérisation optoélectronique des cellules solaires......Page 313
1.2. Intérêt des transistors organiques......Page 315
2.1.1. Rappel : les configurations des transistors MISFETs classiques ; le MISFET à conduction en volume......Page 316
2.1.2. Comparatif des structures MISFET classiques à conduction de surface et des structures OTFT (« Organic Thin Film Transistor »)......Page 318
2.1.3. Évolution des structures des OTFTs......Page 320
2.2.2. Forme qualitative des caractéristiques......Page 321
2.3.1. Expression du courant de conduction dans le canal......Page 323
2.3.2. Régime linéaire (EVDE petit)......Page 325
2.3.3. Régime de saturation (EVDE relativement grand)......Page 326
2.5.1. Utilisation des caractéristiques I(V) des OTFTs ; comparaison de la mobilité mesurée dans le régime linéaire et dans le régime de saturation......Page 328
2.5.2. Forme de la tension de seuil dans un OTFT......Page 330
3. Origine des résistances de contact à l’interface source – SC organique et drain SC organique ; contact ohmique ou redresseur......Page 331
3.2. Étude du contact Au – pentacène......Page 332
4.1.1. Transport selon les mécanismes de saut conduisant à une augmentation de la mobilité sous l’effet de la polarisation de grille......Page 334
4.1.2.1. Cas du pentacène.......Page 335
4.1.2.2. Autres exemples......Page 337
4.3.1. Le rôle des défauts à la surface du diélectrique ou de sa forte rugosité ; apparition de la conduction de type n......Page 338
4. 4. Les semi-conducteurs organiques ambipolaires ; application aux OLETs......Page 339
4.5. Les principaux matériaux (type p, type n, diélectrique de grille)......Page 341
5.1.2. Phototransistor à effet de champ fabriqué en P3HT dopé par des colorants et sélectif en longueur d’onde......Page 342
5.1.3. Photo-réponse d’un TFT à base du composite MDMO-PPV : PCBM ; composant organique à mémoire optique......Page 343
5.2. Illustration du comportement dans le cas d’un phototransistor à base de pentacène......Page 345
5.3. Couplage OTFT et OLED......Page 347
6.1.1. Introduction......Page 348
6.1.2. Analyse diélectrique......Page 349
6.1.3. Caractéristique électrique I(V)......Page 351
6.1.4. Détermination de la mobilité......Page 352
6.1.5. Application au cas de l’Alq3......Page 353
6.2. Mesure de la mobilité par mesure de temps de vol (technique TOF pour Time of Flight)......Page 355
6.3. La méthode CELIV (Charge Extraction by Linearly Increasing Voltage) et photo- CELIV......Page 357
6.4.1. Comportement général......Page 360
6.4.2. Quelques valeurs de mobilité......Page 361
6.6.1. Propriétés de la mobilité dans les organiques......Page 363
6.6.3. Exemple d’application de l’étude de la mobilité au cas des cellules HJV (BHJ)......Page 364
7. Complément : les supports souples......Page 366
1.2. Les deux principales voies de développementCertains points essentiels ont focalisé d’intenses......Page 367
1.3. Intérêt et principe de fonctionnement des LEDs organiques......Page 368
1.4. Les développements de ce chapitre ; le rôle des excitons......Page 369
2.1.1. Comportements types......Page 370
2.1.2. Précautions pratiques et nature des mesures électriques......Page 371
2.2.1.1. Introduction ; quelques données préalables......Page 372
2.2.1.3. Schémas pratiques récapitulatifs (figure 9.6)......Page 373
2.2.2. Comportement expérimental : premières interprétations......Page 374
2.2.3.1. Les points litigieux [ioa 98].......Page 376
2.2.3.2. Les modèles possibles......Page 377
2.3.1.2. Tension de fonctionnement et rendement......Page 378
2.3.1.3. Tension de démarrage et tension de fonctionnement (cf. aussi le §5.7 dans le cas des structures multicouches)......Page 379
2.3.2.1. Transport de trous......Page 380
2.3.2.3. Les recombinaisons......Page 381
3.2.1. Le rendement quantique externe......Page 382
3.2.3. Le rendement énergétique......Page 383
3.3. Les différentes stratégies pouvant être mises en place pour améliorer les performances des LEDs organiques......Page 384
4.1. Le problème de l’équilibrage du courant d’injection des électrons et des trous......Page 385
4.2.1. À la cathode......Page 386
4.3. L’intérêt des couches de confinements......Page 387
5.2. Nature des différentes couches supplémentaires......Page 388
5.2.2. Exemples de polymères utilisés pour favoriser un type de transport......Page 389
5.2.3.3. Exemple de petites molécules servant principalement de couche d’injection des trous (HIL)......Page 390
5.3.1. Effet de la couche HIL......Page 391
5.3.2. Effet de la couche HTL......Page 392
5.3.3. Structures tricouches......Page 393
5.4. Les diodes p-i-n......Page 394
5.5. Effet d’un traitement physique de la zone émettrice au contact de l’anode......Page 396
5.7. Origine de la valeur de la tension de démarrage (tension seuil)......Page 397
6.1. Ajustement de la longueur d’onde d’émission......Page 399
6.2. Mécanismes de transfert de l’énergie d’excitation dans des films dopés avec un colorant fluorescent ou phosphorescent......Page 401
6.3.1. Position du problème......Page 402
6.3.3. Systèmes multicouches ; transfert de Förster ; PHOLED......Page 403
6.4.1. Transferts ligands-terres rares au sein des chélates......Page 405
6.4.3. LEDs organiques infrarouges [gil 99]......Page 407
6.5.2. Les structures utilisant les OLEDs......Page 408
7.2. Le problème du vieillissement......Page 410
7.3. Les diodes blanches (WOLED)......Page 411
7.3.1. Les principales configurations de WOLED......Page 412
7.4. Structure des écrans organiques......Page 415
7.5. Description des procédés de fabrication des pixels organiques RVB......Page 417
7.5.1. Cas des couches réalisées par sublimation de matériaux moléculaires : utilisation d’un séparateur de cathodes en forme de T [nag 97]......Page 418
7.5.2. Intégration de trois PLEDs RVB (LEDs polymères)......Page 419
7.5.3. La technologie jet d’encre [bha 98]......Page 421
7.6.1. La naissance de cette technologie......Page 424
7.6.2. La page électronique : l’annonce de Plastic Logic en janvier 2010 ; le marché à venir......Page 425
8.1. La naissance du marché avec les vraies/fausses annonces (jusqu’en 2001)......Page 426
8.2. Le début véritable de la commercialisation (2003-2005)......Page 428
8.3. La situation actuelle (février 2010) : le marché des écrans OLEDs et des panneaux lumineux......Page 429
1.1.2.1. L’effet photovoltaïque en volume......Page 433
1.1.2.2. L’effet photovoltaïque de surface......Page 434
1.1.2.3. L’effet photovoltaïque produit par le champ interne d’une hétérojonction ou d’une jonction pn......Page 435
1.2. Historique : les premiers essais avec les matériaux organiques ; cas des phthalocyanines......Page 436
1.3. Du principe général des cellules de Graetzel aux cellules solaires organiques actuelles......Page 438
2.1. Structure MIM......Page 440
2.2.1. Charges photo-induites et origine de leur collection dans les couches D et A......Page 441
2.2.2. Transport des charges photo-induites jusqu’aux électrodes......Page 442
2.2.3. Propriétés et limites d’utilisation des systèmes bicouches donneur-accepteur......Page 443
2. 3. Les structures interpénétrées......Page 444
2.3.1. Le principe......Page 445
2.4.1. La voie du greffage C60 - polymère  -conjugué......Page 446
2.4.3. L’orientation des dépôts pour améliorer l’absorption du rayonnement [fic 00]......Page 447
2.4.6. Conclusion......Page 448
3.1.2.1. Le régime photoconducteur (régime dit aussi de photodiode)......Page 450
3.1.2.2. Le régime photovoltaïque......Page 451
3.2.1. Schéma équivalent......Page 452
3.3.1. Effet d’une résistance série......Page 453
3.3.2. Effet d’une résistance shunt traduisant des recombinaisons internes......Page 454
3.3.3. Représentation de rs et rp sur la caractéristique I(V)......Page 455
3.4.1. Rendement énergétique et facteur de remplissage......Page 456
3.4.2.1. Rendement quantique externe......Page 457
3.5.1. Exemple de l’intérêt d’un spectre d’IPCE......Page 458
3.5.3. Principe de la mesure......Page 459
3.5.4. Effet de la valeur du flux énergétique sur le spectre d’IPCE......Page 460
3.6. Remarque : correction due au facteur de disparité M (mismatch facteur)......Page 462
4.1.1. Les mécanismes successifs de production puis de collection des charges photo induites......Page 463
4.2 Étude des facteurs de pertes en relation avec les différentes étapes de la conversion photovoltaïque......Page 465
4.2.1. Pertes optiques......Page 466
4.2.2.2. Transfert de l’excitation entre une molécule excitée et une molécule voisine de même type et appartenant toutes deux à une structure en agrégats......Page 468
4.2.2.2. Transfert de l’excitation entre une molécule donneur et une molécule accepteur de types différents et positionnées à une interface......Page 469
4.3. Pertes dues aux mécanismes électriques......Page 470
5. Modélisations électriques ; ordre de grandeur des paramètres requis [mol 06]......Page 471
5.1.1.1 Structure en court-cicuit [bar 03]......Page 472
5.1.1.3. Régime en circuit ouvert : tension de circuit ouvert VCO......Page 473
5.1.1.4. Complément : expression de la tension en fonction de l’éclairement......Page 474
5.1.2.1. Contact non ohmique......Page 475
5.1.2.2. Contact ohmique......Page 476
5.1.3. Relation entre tension de circuit ouvert (VCO) et niveaux polaroniques......Page 477
5.1.4. Remarque : cas des cellules OPV avec des couches supplémentaires de transport de trous......Page 478
5.2.1. Le courant et la mobilité......Page 479
5.2.2. Les pièges......Page 480
5.3.1. Importance de l’agencement des électrodes d’une cellule photovoltaïque organique pour obtenir de bonnes caractérisations optoélectroniques......Page 481
5.3.2.2. Modélisation ([mol 08] et [pan 08])......Page 483
5.3.2.3. Vérification expérimentale......Page 487
6.1. Modélisation du champ optique et des paramètres photovoltaïques (JCC, EQE)......Page 489
6.2. Exemple de modélisation : cas d’une cellule bi-couche CuPc-C60......Page 491
6.3. Autres exemples issus de la littérature : rôle d’espaceur optique joué par une couche de ZnO [gil 07]......Page 493
7.1.1. Les principales annonces de la période 2003-2005......Page 495
7.1.2.1. Groupe de Y. Yang.......Page 497
7.1.3. Une étude complète en 2008......Page 498
7.1.3.2. La méthode de mélange des solvants......Page 499
7.1.4. Interprétation de l’origine de l’amélioration des performances des cellules HJV après recuit......Page 502
7.1.5. Contrôle de la nanomorphologie à partir de la variation de la concentration dans le solvant de chaque composant du composite......Page 503
7.2.1. Cas des cellules solaires à base de petites molécules : effet d’une couche tampon (BCP, TPBI) ; couche de blocage d’excitons......Page 504
7.2.3. Accroissement de la tension de circuit ouvert des cellules solaires organiques par inclusion d’une mince couche de phtalocyanine métallique [kin 07]......Page 506
7.2.5. Augmentation du rendement par dopage optique des couches......Page 507
7.2.6.1. Comportement comme couche de blocage de trous (HBL)......Page 509
7.2.6.2. Couche de TiOx comme couche de protection pour produire des cellules stables à l’air libre......Page 510
7.3.1. Leur intérêt et leur principe de fonctionnement......Page 511
7.3.2. Cellules tandem/multiples à base de petites molécules......Page 513
7.3.4. Cellules tandem obtenues par voie humide......Page 514
7.4.1. Modèle prédictif des propriétés OPV à partir de la structure......Page 516
7.4.2. Utilisation de NTC (nanotubes de carbone) pour favoriser la collecte des charges......Page 517
8.1. Structure de bande pour les systèmes à petites molécules ; origine de VCO......Page 518
8.2.1. Travaux de Koster et al.......Page 520
8.2.2. Travaux de Scharber et al.......Page 522
8.3.1. Résultats émanant de Konarka [den 09]......Page 526
8.3.2.1. IQE proche de 100 % dans une cellule HJV avec du PCDTBT (mai 2009) ; universités de Santa Barbara (Californie), de Laval (Québec), de Gwanju (Corée du Sud).......Page 527
8.3.2.2. Cellule solaire organique avec un record de rendement énergétique : 7,4 % ([lia 10], université de Chicago et Solarmer Energy Inc.)......Page 528
9. Conclusion......Page 529
Bibliographie......Page 531
Index alphabétique......Page 551
Liste des Copyrights......Page 559
Dans la même collection......Page 561