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« Cellule photovoltaïque en polymères » : différence entre les versions

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| author=Robert D. Kennedy, Alexander L. Ayzner, Darcy D. Wanger, Christopher T Day, Merissa Halim, Saeed I. Khan, Sarah H. Tolbert, Benjamin J. Schwartz, Yves Rubin
| title='''Self-Assembling Fullerenes for Improved Bulk-Heterojunction Photovoltaic Devices'''
| journal=J. Am. Chem. Soc.
| year=2008 | volume=51 | issue=130 | pages=17290–17292
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La physique sous-jacente à l'[[effet photovoltaïque]] dans les [[Semi-conducteur organique|semiconducteurs organiques]] est plus complexe à décrire que celle des cellules à semiconducteurs minéraux. Elle fait intervenir les différentes [[Théorie de l'orbitale moléculaire|orbitales moléculaires]], certaines jouant le rôle de [[bande de valence]], d'autres de [[bande de conduction]], entre deux espèces moléculaires distinctes, l'une servant de donneur d'électrons et l'autre d'accepteur, organisées autour d'une [[hétérojonction]] comme dans le cas des semiconducteurs minéraux :
 
# Les molécules servant de '''donneurs d'électrons''' (par génération d'[[exciton]]s, c'est-à-dire de paires [[électron]]-[[Trou d'électron|trou]]) sont caractérisées par la présence d'[[Électron pi|électrons π]], généralement dans un polymère conjugué dit « de type ''p'' ».
# Ces électrons peuvent être excités par des photons visibles ou proches du spectre visible, les faisant passer de l'[[HOMO|orbitale moléculaire haute occupée]] (jouant ici un rôle similaire à celui de la [[bande de valence]] dans un [[semiconducteur]] inorganique) à l'[[LUMO|orbitale moléculaire basse vacante]] (jouant un rôle similaire à celui de la [[bande de conduction]]) : c'est ce qu'on appelle la '''transition π-π*''' (qui correspond, en poursuivant l'analogie avec les semiconducteurs minéraux, à l'injection des porteurs dans la bande de conduction à travers la [[bande interdite]]). L'énergie requise pour cette transition détermine la longueur d'onde maximale qui peut être convertie en énergie électrique par le polymère conjugué.
# Contrairement à ce qui se passe dans un semiconducteur inorganique, les paires [[électron]]-[[Trou d'électron|trou]], dans un matériau organique, demeurent étroitement localisées, avec un couplage fort (et une énergie de liaison comprise entre 0,1 et {{unité|1.6|eV}}) ; la dissociation des [[exciton]]s est réalisée à l'interface avec un matériau '''accepteur d'électrons''' sous l'effet d'un [[gradient]] de potentiel chimique à l'origine de la '''[[force électromotrice]]''' du dispositif. Ces accepteurs d'électrons sont dits « de type ''n'' ».
 
== Matériaux ==
 
[[Image:ConductivePoly.png|400px|thumb|left|'''Structure de polymères conducteurs''' : polyacétylène ; poly(para-phénylène-vinylène) (PPV) ; polyaniline (X = N, NH), sulfure de polyphénylène (X = S) ; polypyrrole (X = NH) et polythiophène (X = S).]]
 
Les [[Cellule photovoltaïque organique|cellules photovoltaïques organiques]] utilisent souvent des films en [[Poly(éthylène naphtalate)|poly(éthylène naphtalate) (PEN)]] comme revêtements protecteurs en surface, dont le rôle essentiel est de prévenir l'oxydation des matériaux constituant les cellules photovoltaïques organiques : [[Dioxygène|{{fchim|O|2}}]] est en effet une impureté qui agit comme un centre de recombinaison électron-trou, dégradant les performances électroniques des composants. Sous ces revêtements protecteurs, on trouve une ou plusieurs [[Jonction P-N|jonctions ''p''-''n'']] entre matériaux donneurs et accepteurs d'électrons, comme dans une [[cellule photovoltaïque]] classique à [[Semi-conducteur|semiconducteurs]] minéraux.
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{{cite journal
| author=P.-J. Alet, S. Palacin1, P. Roca, I. Cabarrocas, B. Kalache, M. Firon, R. de Bettignies
| title='''Hybrid solar cells based on thin-film silicon and P3HT''' — A first step towards nano-structured devices
| journal=Eur. Phys. J. Appl. Phys.
| year=2006 | volume=36 | issue= | pages=231-234
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{{cite journal
| author=M. Valadaresa, I. Silvestrea, H.D.R. Caladob, B.R.A. Nevesa, P.S.S. Guimarãesa, L.A. Curya
| title='''BEHP-PPV and P3HT blends for light emitting devices'''
| journal=Materials Science and Engineering: C
| year=2009 | volume=29 | issue=2 | pages=571-574
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{{cite journal
| author=P. Vanlaekea, A. Swinnenb, I. Haeldermansb, G. Vanhoylandb, T. Aernoutsa, D. Cheynsa, C. Deibela, J. D’Haena, P. Heremansa, J. Poortmansa, J.V. Mancaa
| title='''P3HT/PCBM bulk heterojunction solar cells: Relation between morphology and electro-optical characteristics'''
| journal=Solar Energy Materials and Solar Cells
| year=2006 | volume=90 | issue=14 | pages=2150-2158
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{{cite journal
| author=Xianyu Deng, Liping Zheng, Chunhe Yang, Yongfang Li, Gang Yu, Yong Cao
| title='''Polymer Photovoltaic Devices Fabricated with Blend MEHPPV and Organic Small Molecules'''
| journal=J. Phys. Chem. B
| year=2004 | volume=11 |issue=108 | pages=3451–3456
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{{cite journal
| author=Sylvain Chambon, Agnès Rivaton, Jean-Luc Gardette, Muriel Firon
| title='''Photo- and thermal degradation of MDMO-PPV:PCBM blends '''
| journal=Solar Energy Materials and Solar Cells
| year=2007 | volume=91 |issue=5 | pages=394-398
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{{cite journal
| author=Ton Offermans, Paul A. van Hal, Stefan C. J. Meskers, Marc M. Koetse, René A. J. Janssen
| title='''Exciplex dynamics in a blend of π-conjugated polymers with electron donating and accepting properties: MDMO-PPV and PCNEPV'''
| journal=Phys. Rev. B
| year=2005 | volume=72 | pages=045213
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{{cite journal
| author=Magdalena Mandoc, Welmoed Veurman, Jan Anton Koster, Marc M. Koetse, Jorgen Sweelssen, Bert de Boer, Paul W. M. Blom
| title='''Charge transport in MDMO-PPV:PCNEPV all-polymer solar cells'''
| journal=J. Appl. Phys.
| year=2007 | volume=101 | pages=104512
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