Elaboration de cellules solaires organiques a base de tetra-tert-butyl-phthalocyanine de zinc (TTB-ZnPc)

Le travail présenté dans ce mémoire concerne l'élaboration des cellules solaires organiques à base de tétra-tert-butyl-phthalocyanine de zinc (TTB-ZnPc) et de [6,6]-phenyl-C60-acide butyrique méthyle ester (PCBM). Dans un premier temps, l'objectif a consisté à établir un protocole expérimental de fabrication des dispositifs. Nous avons donc choisi d'utiliser la structure classique hétérojonction en volume {Verre/ITO/PEDOT:PSS (60 nm)/TTB-ZnPc50:PCBM50 (50 nm)/Al (100 nm)} de façon à pouvoir comparer nos résultats à ceux de la littérature. Nous avons mené une étude sur la faisabilité de réaliser l'étape de mise en forme de la couche active de ce type de cellules solaires par voie humide à l'air libre. Nous avons montré que l'efficacité des cellules solaires assemblées à l'air libre est comparable à celle reportée dans la littérature pour le même type de cellule assemblée et caractérisée en milieu inerte. Dans un second temps, nous avons poursuivi notre étude sur cette cellule solaire en nous focalisant cette fois sur l'optimisation du rendement de conversion photovoltaïque de cette dernière. Nous avons étudié l'influence du contact couche active organique/cathode d'aluminium. Il ressort de cette expérience que le rendement s'améliore de façon sidérale par l'insertion d'une couche de dioxyde de titane amorphe (TiOx). De même, l'étude sur l'optimisation de la morphologie de la couche active donneur (TTB-ZnPc)/accepteur (PCBM) par variation du ratio TTB-ZnPc/PCBM montre qu'une couche active composée de TTB-ZnPc (33 %) : PCBM (67 %) offre le meilleur compromis entre le nombre d'interfaces donneur/accepteur (essentiels pour assurer la dissociation des excitons) et l'étendu du réseau de voies de percolations (indispensable pour acheminer les charges libres aux électrodes). Cette couche active a permis de multiplier par un facteur deux le rendement des cellules solaires par comparaison à la cellule contrôle de couche active de TTB-ZnPc (50 %) : PCBM (50 %). Après avoir optimisé l'interface couche active organique/cathode d'aluminium et le ratio donneur/accepteur, nous avons étudié l'influence de recuit thermique sur les performances photovoltaïques des cellules solaires élaborées. Les conclusions de cette étudie stipulent que l'efficacité de cette technique peut s'exploiter seulement dans une certaine limite de température : le recuit au-delà de 185°C pendant 15 min conduit à une trop grande séparation de phases qui a comme conséquence de diminuer le nombre d'interfaces donneur/accepteur ainsi que l'étendu du réseau des voies de percolations. Ces phénomènes sont à l'origine de la baisse de 92 % du rendement observé après recuit thermique 190°C/15 min.;Mots-clés : Semi-conducteur organique, phthalocyanine, cellules solaires organiques, assemblage par voie humide, hétérojonction en volume, dioxyde de titane amorphe (TiOX).