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République Algérienne Démocratique Et
Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la
Recherche Scientifique
Centre Universitaire De Béchar
MEMOIRE DU FIN D'ETUDE
Présentée pour l'obtention du diplôme de:
Ingénieur d'état
En Science de matériaux
Présentée et soutenue publiquement Par:
Douha
abdelouahab
Juin 2008
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Etude de l'effet de la température sur les
paramètres
d'une cellule photovoltaIque organique
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Directrice de these : DAOUDI MEBARKA
Devant le Jury:
Président: KADRI .S Maître assistant chargée
de cours (C.U.B)
Examinateur : Pr BELGHACHI .A (C.U.B)
Ce travail a été effectué sous la
direction de l'enseignante M. DAOUDI maître assistant chargé de
cours au centre universitaire de Béchar, qu'il trouve ici l'expression
de ma profonde reconnaissance, pour avoir dirigé ce travail qui a
été réalisé grace a son expérience et son
rigueur scientifique, ainsi qu'aux précieux conseils qu'il m'a
prodigués au cours de ce travail.
Je tiens aussi a remercier les membres de jury qui Trouvent
ici le témoignage de mes sincères remerciements d'avoir
accepté d'examiner ce document.
Introduction ginirale ----- 01
Chapitre I: Les semi-conducteurs organiques
I.1. Introduction
---------------------------------------------------------- ----- 05
I.2. Les différents types des matériaux
organiques---------- ----- 06
I.3. Caractère semi conducteur des matériaux
organiques ------ 06
I.4. Structure électronique des matériaux
organiques ------ ----- 10
I. 5. Conduction électrique
-------------------------------------------- ----- 11
I.5.1 Transport par sauts (hopping) ---------------------------
----- 11
I.5.2. Le saut du polaron
-----------------------------------------
----- 11
I.6. Dopage des semiconducteurs organiques----------------- ----
12
I.7. Mobilité
----------------------------------------------------------------- ----- 14
I.8. Différence entre semi-conducteurs inorganiques et
organiques ----- 14
I.9. Les applications des semiconducteurs organiques
-----------------
15
Chapitre II : Technique de réalisation des cellules
photovoltaïques
organ iques
II.1. Introduction ----------------------------------------------
----- 20
II.1. Présentation de l'échantillon
----------------------- ---- 21
II.2. Dispositif expérimental
------------------------------ ----- 23
II.3. Choix des électrodes
supérieures---------------- ----- 24
II.3.1.Dépôt des
électrodes-------------------------- ---- 24
II.3.2. Dépôt de la
cathode--------------------------- ---- 26 II.4. Caractérisations
structurales ------------- -------------- 28
II.4.1. Mesure de l'épaisseur des échantillons
------ 28
II.4.2. Caractérisation de la surface par AFM -
-----
29
II.5. Caractérisations optiques
--------------------------- ----- 29
II.5.1. Spectre d'absorption ------------------------ ------
29
II.5.2. Spectre de fluorescence-------------------- ---- 30
II.6. Caractérisations électriques
----------------------- ----- 31
II.7. les avantages des cellules photovoltaïques organiques
----- 31
II.8.les inconvénients des cellules photovoltaïques
organiques ----- 32
Chapitre III: Les cellules photovoltaïques organiques
III.1. Introduction ----- 34
III.2. Le soleil -----
----- 35
III.3. Le rayonnement solaire
------------------------------------------------------------------------ -----
36
III.4. L'effet photovoltaïque
--------------------------------------------------------------------------
----- 39
III.5. Structures des cellules photovoltaïques
organiques-------------------------------- ----- 39
III.5.1. Structure monocouche
--------------------------------------------------------------- ----- 40
III.5.2. Structure bicouche (hétérojonction)
-------------------------------------------- ----- 41
III.6. Principe de fonctionnement des cellules
photovoltaïques organiques------ ------ 42
III.6.1.Cellule photovoltaïque à base de
polymère ------------------------------------ ------ 42
III.6.2. Génération des porteurs de charges dans
les matériaux organiques ----- 43
III.7. Caractéristique courant - tension des cellules
photovoltaïques ---------------- ----- 46
III.8. Paramètres des cellules
photovoltaïques----------------------------------------------- ------
49
Chapitre IV: Résultats et discussions
IV.1. Introduction ----------------------------- ----- 52
IV.2. Notre échantillon ---------------------- -----
53
IV .3. Caractéristique courant- tension ----- 54
IV.4. l'effet de la température ------------ ----- 56
IV.5. Conclusion ----------------------------- ----- 60
Conclusion ginirale ------------------- ----- 61
References bibliographiques
~~~~~ 63
INTRODUCTION GENERALE
Il y a une quarantaine d'années, l'industrie des
semi-conducteurs s'est développée autour de matériaux tels
que le Si et le GaAS. Cependant, depuis quelques années, cette
même industrie s'intéresse à d'autres matériaux:
''les polymères'' [01-02-05-04]. En effet, à côté
des isolants et des photo- résines, il existe une catégorie de
matériaux organiques moins connue: les polymères conducteurs. De
nombreuses perspectives d'applications font de l'électronique organique
un champ de recherche majeur. Bien que l'engouement du secteur
microélectronique envers ces nouveaux matériaux soit
principalement économique, on peut les considérer comme des
alternatives aux matériaux classiques pour d'autres raisons. L'avantage
majeur est la facilité de fabrication. En effet à
côté de la technique classique d'évaporation sous vide, il
existe aujourd'hui des polymères solubles, ce qui rend la
déposition par tournette possible. Des caractéristiques telles
que leurs tenues mécaniques, leur structure flexible les rend
également intéressants à d'autres points de vues [08].
Au cours des deux dernières décades, des efforts
de recherche importants ont été développés dans le
monde pour réaliser des cellules solaires, essentiellement à base
de silicium, produisant le kilowattheure à un prix concurrentiel par
rapport aux autres sources d'énergie (pétrolière,
nucléaire...). Aujourd'hui le prix élevé des
matériaux utilisés et des technologies mises en oeuvre limite la
commercialisation de ces convertisseurs à quelques domaines
particuliers. L'utilisation des matériaux organiques apparaît
comme une solution alternative pour produire des cellules solaires à
faible coût et les rendre compétitives sur le marché de
l'électricité. Ces cellules ne sont pas, jusqu'à
présent, commercialement compétitives à cause de leur
faible rendement de conversion en puissance. Cependant l'immense choix dans la
composition chimique et la structure des couches d'une part, l'avancement des
techniques de croissance d'autre part assurent une continuité du
développement de ces dispositifs.
Ce document qui est devant vous sera partagé en quatre
chapitres comme suit:
Le premier chapitre décri les propriétés des
semi-conducteurs organiques utilisant dans la réalisation des cellules
photovoltaïques organiques.
Le deuxième chapitre indique les techniques
expérimentales mises en oeuvre pour l'élaboration des cellules
photovoltaïques organiques et les méthodes de
caractérisation utilisées.
Le troisième chapitre rappelle d'abord les
propriétés de rayonnement solaire, puis décri le
mécanisme de fonctionnement des cellules photovoltaïques organiques
en comparant à celui des cellules inorganiques. Ainsi que les
paramètres qui caractérisent une cellule photovoltaïque sont
indiquées.
Les résultats de simulation sont donnés dans le
dernier chapitre. La première partie est consacrée à
l'étude de la caractéristique courant- tension d'une cellule
photovoltaïque organique type ITO/PEDOT/CuPc/LiF-Al sous et sans
éclairement, en utilisant un programme MATLAB. Les résultats
obtenus sont comparés et discutés. Dans la deuxième
partie, nous avons présenté l'influence de la température
sur les paramètres de cette cellule.
Les semi-conducteurs organiques
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