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Matériaux hybrides organiques/inorganiques pour le photovoltaïque
F. Chandezon, A. Pron, P. Reiss, J.-P. Travers

Figure 1 : a) Schéma d’une cellule photovoltaïque constituée d’une couche active à réseaux interpénétrés de nanocristaux et d’un polymère ?-conjugué. Chaque constituant absorbe de la lumière créant des paires électrons-trous. Ces paires se dissocient aux interfaces, le trou dans la phase organique (donneur) et l’électron dans la phase inorganique (accepteur). Les charges diffusent séparément jusqu’aux électrodes et génèrent un courant électrique ; b) diagramme énergétique simplifié associé ; c) photo d’une cellule test.

Les hybrides organiques/inorganiques à base de polymères ou d’oligomères ?-conjugués et de nanocristaux colloïdaux de semiconducteurs sont des matériaux prometteurs pour la couche active des cellules photovoltaïques de nouvelle génération. Les trois approches sont comparées en fonction de leurs performances en cellule photovoltaïque (fig. 1).

 

Figure 2 : Images par MEB (gauche) et AFM (droite) d’un matériau hybride à base de bâtonnets (nanorods) de CdSe et de P3HT (mélange 6 :1 en masse) déposé à la tournette sur du verre. En MEB, les zones claires correspondent à des zones riches en nanocristaux. En AFM, ces zones correspondent à des "protubérances" du film comme l’indique l’échelle des hauteurs.

Nous développons en parallèle trois approches pour préparer ces matériaux hybrides à partir de nanocristaux de CdSe et de poly(alkylthiophènes) régioréguliers (P3HT, P3OT) : 1) par mélange des deux composants en ayant un contrôle cinétique plutôt que thermodynamique lors de la formation du film afin de limiter la ségrégation de phase (fig. 2) à des échelles de l’ordre de la dizaine de nanomètre, la longueur de diffusion typique des paires électrons-trous dans ces matériaux. 2) par greffage du polymère sur le nanocristal avec un premier example modèle de greffage de d'un tétramère d’aniline sur des nanocristaux de CdSe, système pour lequel nous avons démontré que le tétramère garde son activité électrochimique après greffage. 3) par voie d’auto-assemblage basée sur la reconnaissance des deux constituants du matériau hybride par des liaisons hydrogène multiples. Les matériaux sont caractérisés par différentes techniques spectroscopiques (absorption UV-Visible, photoluminescence) et structurales (MEB, MET, AFM).

 

maj : 13-10-2011 (321)