AUTRES
SAMOS

Activités R&D

Date de début

01/09/2013

Date de fin

31/11/2018

Coût global du projet

15 k€

Descriptif

Projet SAMOS (Self-Assembled MOnolayers for photovoltaicS applications) financé par le Fonds France Canada pour la Recherche (FFCR) entre l’IM2NP et le groupe de J.M. Nunzi à Queen’s University (Ontario, Canada) + thèse en cotutelle

Préparation de multicouches de molécules organiques auto-assemblées et de nanoparticules de métaux nobles pour le photovoltaïque

Objectifs

Ce projet comporte le financement d’une thèse de doctorat (nov. 2013 – nov. 2018) en cotutelle entre AMU et Queen’s University (Y. Dufil, directeurs de thèse : L. Patrone, J.M. Nunzi).

Partenaires du projet

Principaux enseignants-chercheurs impliqués

Lionel PATRONE

Lionel PATRONE

Enseignant-chercheur - HDR

Virginie GADENNE

Virginie GADENNE

Enseignante-chercheuse

  • G. Delafosse

Plus de détails

Au cours de ce travail, dans une première approche descendante, nous avons étudié la réalisation de cellules solaires multicouches évaporées à base de matériaux organiques : le pentacène et le PTCDI‐C5. Cette approche a été développée lors du séjour d’un an de Y. Dufil au sein du groupe de J.M. Nunzi à Queen’s University. Nous nous sommes servis de cela pour bâtir des cellules simple jonction bicouches et les caractériser. Ces cellules ont servi de modèle de référence à notre étude et démontrent des capacités en accord avec la littérature. Nous avons ensuite produit et caractérisé des cellules multijonctions en bicouches. Une rapide étude sur le comportement d’une couche d’argent d’épaisseur nanométrique a servi à déposer la couche de recombinaison de ces cellules. Malheureusement, l’ensemble des cellules à jonctions multiples a montré des caractéristiques similaires à une cellule mono-jonction. En particulier on n’a pas pu observer l’augmentation de la tension de circuit ouvert attendue. Cela semblait indiquer la présence d’un court-circuit au sein des jonctions supplémentaires mais toutefois bien qu’ayant essayé de le mettre en évidence par microscopie électronique à balayage après érosion par FIB chez nos partenaires de l’UCT Prague, nous n’avons pu observer aucun court-circuit.
Nous nous sommes ensuite attelés à la réalisation de monocouches auto‐assemblées sur silicium dans le but de développer des couches actives donneur‐accepteur et de les empiler par l’approche ascendante (Fig. 1).

Figure 1 : Architecture visée de multicouches par approche ascendante

Après avoir étudié les groupements d’accroche silanes et acides phosphoniques, nous avons investigué la réalisation de SAM de (3‐Triméthoxysilylpropyl) diéthylènetriamine (DETAS) sur silicium en tant que couche d’accroche pour les molécules actives (Fig. 4a). Nous avons démontré que l’humidité relative joue un rôle clé dans la formation des SAMs de DETAS avec un solvant non polaire comme le toluène et conduit à des multicouches par dépôt micellaire lorsqu’elle atteint 40% et plus. Les observations suggèrent que pour obtenir une bonne qualité de SAM de DETAS, une concentration minimale en DETAS de 2,5×10-2 M et une longue chaîne de solvant alcoolique sont nécessaires. La cinétique montre une adsorption immédiate de la molécule au tout premier moment du processus de formation de la SAM, ce qui est rare pour un greffage d’organosilanes. L’épaisseur reste presque constante pendant plus de 30 minutes avant d’augmenter avec l’organisation de la molécule par liaisons hydrogènes entre les fonctions amines primaires (NH2) et secondaires (NH) aidant ainsi à l’organisation de la SAM Cela a été mis en évidence par spectroscopie infrarouge ATR‐FTIR menées au sein de l’université de Toulon avec P. Carrière du MAPIEM. Ces travaux ont été récemment publiés.

Nous nous sommes ensuite servis de cette SAM comme couche d’accroche pour le greffage d’une molécule photoactive le pérylène tétracarboxylique dianhydride (PTCDA) (Figs. 4b et 4c). Les techniques de caractérisation par AFM, ellipsométrie et spectroscopie Raman nous ont servi à caractériser la surface après le greffage de PTCDA.

Figure 2 :
a) SAM de la couche d’accroche DETAS
b) molécule active de PTCDA
c) greffage du PTCDA sur la molécule de DETAS.

Publications sur la période

Y. Dufil, V. Gadenne, P. Carrière, J.M. Nunzi, L. Patrone
Growth and organization of (3-Trimethoxysilylpropyl) diethylenetriamine within reactive amino-terminated self-assembled monolayer on silica
Appl. Surf. Sci. 508, p. 145210 (2020) / DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.145210