Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
cellules photovoltaïques organiques,films minces,polymères π-conjugués,Diffraction des Rayons X synchrotron,ellipsométrie spectroscopique,mesures in-situ
Keywords
organic solar cells,thin films,π-conjugated polymers,synchrotron X Ray Diffraction,spectroscopic ellipsometry,in-in-situ measurementssitu measurements
Titre de thèse
Etude structurale, mécanique et optique des matériaux polymères pour le photovoltaïques étirable
Structural, mechanical and optical study of polymers for stretchable photovoltaics
Date
Lundi 16 Novembre 2020 à 0:30
Adresse
Ecole Nationale Supérieure des Mines et Métallurgie d'Annaba (ENSMM), Algérie
Ex CEFOS Chaiba, Annaba 23000 Salle de conférence rouge
Jury
Directeur de these |
Mme Stéphanie BOZZO-ESCOUBAS |
Aix Marseille Université |
Rapporteur |
M. Djamel Eddine MEKKI |
Université Badji Mokhtar Annaba, Algérie |
Rapporteur |
M. Pierre-Olivier RENAULT |
Université de Poitier, France |
CoDirecteur de these |
M. Mohamed Chérif BENOUDIA |
Ecole Nationale Supérieure des Mines et Métallurgie d'Annaba (ENSMM), Algérie |
Examinateur |
Mohamed RETIMA |
Ecole Nationale Supérieure des Mines et Métallurgie d'Annaba (ENSMM), Algérie |
Examinateur |
M. Olivier MARGEAT |
Aix-Marseille Université |
Résumé de la thèse
Les cellules photovoltaïques ont connu un développement important en termes dapplications grâce à lutilisation des polymères semi-conducteurs π-conjugués sous forme de films minces comme matériaux actifs, ce qui a généré une nouvelle famille de cellules photovoltaïques dites « organiques ». Ainsi, lassociation de ces films minces organiques avec des supports flexibles et étirables ouvre de nouvelles applications de type nomade dans tous les secteurs. Cependant, le comportement mécanique des polymères en films minces ou dans les empilements est encore mal connu, ainsi que limpact des déformations sur les propriétés électriques ou optiques.
Ce travail de thèse a porté dans un premier temps sur lamélioration de la qualité des films minces polymères π-conjugués, afin détudier leurs propriétés structurales, optiques et mécaniques. Nous avons utilisé deux techniques de caractérisation qui se sont avérées complémentaires : la diffraction des rayons X (DRX) au synchrotron, pour connaître les propriétés structurales des films minces et les différentes orientations cristallographiques, et lellipsométrie spectroscopique pour extraire leurs indices optiques et identifier les transitions électroniques inter-bandes. Les résultats obtenus ont montré une très bonne corrélation entre les paramètres de structure mesurés par la DRX et les modèles optiques élaborés via lellipsométrie.
Une méthodologie originale a ensuite été développée afin deffectuer des mesures in-situ de DRX sous traction mécanique couplées avec des observations en microscopie optique. Nous avons observé que les chaînes de polymère sont en compression dans la direction perpendiculaire à la traction et mieux orientées, jusquà une valeur critique dallongement, au-delà de laquelle lénergie élastique diminue au bénéfice de la propagation de fissures, ce qui engendre une relaxation de la contrainte et une dégradation de lorientation.
Thesis resume
ccLes cellules photovoltaïques ont connu un développement important en termes dapplications grâce à lutilisation des polymères semi-conducteurs π-conjugués sous forme de films minces comme matériaux actifs, ce qui a généré une nouvelle famille de cellules photovoltaïques dites « organiques ». Ainsi, lassociation de ces films minces organiques avec des supports flexibles et étirables ouvre de nouvelles applications de type nomade dans tous les secteurs. Cependant, le comportement mécanique des polymères en films minces ou dans les empilements est encore mal connu, ainsi que limpact des déformations sur les propriétés électriques ou optiques.
Ce travail de thèse a porté dans un premier temps sur lamélioration de la qualité des films minces polymères π-conjugués, afin détudier leurs propriétés structurales, optiques et mécaniques. Nous avons utilisé deux techniques de caractérisation qui se sont avérées complémentaires : la diffraction des rayons X (DRX) au synchrotron, pour connaître les propriétés structurales des films minces et les différentes orientations cristallographiques, et lellipsométrie spectroscopique pour extraire leurs indices optiques et identifier les transitions électroniques inter-bandes. Les résultats obtenus ont montré une très bonne corrélation entre les paramètres de structure mesurés par la DRX et les modèles optiques élaborés via lellipsométrie.
Une méthodologie originale a ensuite été développée afin deffectuer des mesures in-situ de DRX sous traction mécanique couplées avec des observations en microscopie optique. Nous avons observé que les chaînes de polymère sont en compression dans la direction perpendiculaire à la traction et mieux orientées, jusquà une valeur critique dallongement, au-delà de laquelle lénergie élastique diminue au bénéfice de la propagation de fissures, ce qui engendre une relaxation de la contrainte et une dégradation de lorientation.