Élaboration et caractérisation de couches minces d’oxydes transparents conducteurs de SnO2 non dopé et dopé : application pour les cellules solaires organiques

Le domaine de la conversion photovoltaïque est un domaine en constante expansion. La stratégie actuelle est de réduire le coût des cellules photovoltaïques en développant des matériaux et des méthodes de production à un faible coût. L’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO), qui joue le rôle d’électrode transparente, possède un coût de fabrication élevé, en plus de présenter quelques inconvénients tel que son incompatibilité avec certaines nouvelles technologies photovoltaïques. Ce travail de thèse a pour but l’élaboration de films d’oxyde d’étain (SnO2) selon deux procédés, la pulvérisation cathodique magnétron en mode réactive et la voie sol-gel, et leur intégration dans les cellules photovoltaïques organiques en tant qu’électrode transparente à la place de l’ITO. Les films élaborés par voie sol-gel sont dopés au moyen de trois éléments : l’antimoine, l’indium et le germanium. Dans un premier temps, des conditions d’élaborations optimales ont été établies pour les dépôts réalisés par pulvérisation cathodique. La démarche d’intégration de ces films dans les cellules solaires organiques a été concluante. En effet, les cellules à base de SnO2 ont présenté des rendements proches de ceux des cellules solaires organiques ayant pour couche active le mélange poly(3-hexylthiophene) : [6,6]-phényl-C60-butanoate de méthyle (P3HT : PC60BM) et à base d’ITO. Les performances obtenues serviront de socle à de futurs améliorations du procédé d’élaboration des films de SnO2 et par conséquent à une amélioration des rendements photovoltaïques des cellules. Quant aux films de SnO2 dopé et élaborés par voie sol-gel, ils présentaient des conductivités électriques beaucoup trop faible pour pouvoir remplacer l’ITO en tant qu’électrode transparente. Ils ont donc été intégrés aux cellules solaires organiques en tant que couche de transport des électrons, à la place du PEIE. Ces cellules ont conduit à des rendements proches de ceux des cellules solaires organiques à base de polyéthylèneimine (PEIE). Pour les cellules à base de SnO2 dopé à l’indium, des rendements de conversion similaires à ceux de la cellule de référence ont été obtenus.