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Cellules solaires hybrides en couches minces à base de silicium nano-structuré et de polymères semiconducteurs.
Pierre-Jean Alet ()1
1:  LCSI - Laboratoire de Chimie des Surfaces et Interfaces
Cette thèse présente un travail exploratoire sur des cellules solaires hybrides, basées sur un matériau inorganique (le silicium) et un polymère (le P3HT). Cette structure a été imaginée pour améliorer les cellules à bas coûts à base de matériaux organiques. Nous démontrons ici sa faisabilité expérimentale et analysons son fonctionnement. L'hétérojonction entre le silicium et le P3HT a été étudiée sur des dispositifs en bicouches planes. Nous montrons qu'elle fournit de l'énergie électrique et que les deux matériaux peuvent contribuer au photocourant. Des rendements de 1,6 % ont été obtenus. Un effort constant a été fait pour simplifier et fiabiliser les procédés de fabrication. Deux nouveaux types de silicium nano-structuré ont été développés. Des ``nano-éponges'', dont la taille typique des pores est de 20 nm, ont été obtenues à l'aide de catalyseurs métalliques par dépôts assistés par plasma à 175 °C. Des nanofils de silicium ont été formés par un procédé inédit : les substrats sont des oxydes transparents conducteurs, les catalyseurs sont générés in situ et la température de croissance est inférieure à 300 °C. La phase würtzite a été mise en évidence dans certains fils, et divers modes de croissance ont été observés. Ces deux nouveaux types de couches minces pourront aussi être utilisées dans des cellules solaires inorganiques.

2008-11-14
Chimie, physico-chimie et génie chimique
Physique, optique
Science des matériaux, mécanique, génie mécanique
Ecole Polytechnique
Cellules solaires – Hétérojonction – P3HT – Nanofils de silicium – PECVD
Hybrid thin-film solar cells based on nano-structured silicon and semiconducting polymer
This thesis presents an exploratory work on a new design of hybrid solar cells, which are based on a junction between an inorganic material (silicon) and a polymer (P3HT). This structure is intended to improve the efficiency of organic based solar cells while maintaining low costs. Here, we investigate its experimental feasibility, and we analyze its performance. The hetero-junction between silicon and P3HT has been studied on bilayer devices. We have shown that this junction generates electrical power under illumination, and that both silicon and P3HT can contribute to the photocurrent. Power conversion efficiencies up to 1.6 % have been obtained. A large amount of work has been done to simplify the fabrication process and to improve its reliability. Two new nano-structured silicon layers have been developed. ``Nano-sponge'' layers, where the typical dimensions of pores is 20 nm, have been obtained by metal-catalyzed plasma-enhanced CVD at 175 °C. Silicon nanowires have been grown by a completely new process: the substrates are transparent conductive oxides, the catalysts are generated in situ, and the growth temperature is below 300 °C. The würtzite (Si-IV) phase has been identified in some wires, and various growth modes are observed. Both kinds of layers may also find applications in inorganic solar cells.
Solar cells – Heterojunction – P3HT – Silicon nanowires – PECVD
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