Modules 2 cellules

Nous avons choisi de connecter six cellules de 1,2*0,8 cm² en série. Pour ce faire, il faut relier la cathode d’une cellule C1 avec l’anode d’une cellule C2, puis la cathode de la cellule C2 avec l’anode de la cellule C3 etc. Les contacts seront pris sur l’anode de la cellule C1 et la cathode de la cellule C6.

111 Afin de vérifier dans un premier temps la validité de l’addition des tensions lors d’une telle mise en série, et de faciliter le procédé, un premier test est effectué avec une seule mise en série.

Le processus de fabrication diffère de celui de cellules seules. La gravure de l’ITO et le masque pour l’évaporation de l’Aluminium doivent être complémentaires. Le procédé est résumé dans la Figure 69.

Une fois les couches polymères déposées, le futur contact anode/cathode est nettoyé au toluène. Ce nettoyage assure un bon contact entre l’ITO et l’Aluminium et donc un passage des porteurs de charges facilité. La cathode en Aluminium est ensuite déposée. Ces premiers essais se montrent concluants et les courbes I(V) d’une cellule simple et d’un module de deux cellules sont présentées Figure 70.

Gravure ITO Zn+HCl Dépôt PEDOT:PSS par héliogravure Dépôt P3HT:PCBM par héliogravure Nettoyage au solvant des futures zones de contact Aluminium/ITO

Evaporation d’une couche d’Aluminium

sous vide

112 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Cellule seule

Module deux cellules

C o u ra n t (m A ) Tension (Volt)

Figure 70 : Courbe I(V) d’une cellule seule et d’un module de deux cellules

Il n’est plus ici pertinent de parler en densité de courant. En effet, le courant délivré par le module est le plus faible des courants délivré par les cellules unitaires puisqu’il y a mise en série. On rapportera donc ici la valeur de courant délivré par le module. Pour connaître la valeur de densité de courant de la plus mauvaise cellule unitaire, le lecteur pourra diviser la valeur du courant de court-circuit du module par la surface de la cellule unitaire, 0,8*1,2 cm², soit approximativement 1cm² (0,96 cm²).

On observe bien une parfaite additivité des tensions : une cellule seule fournit 0,5 V et deux cellules mises en série 1 V.

Seule Module 2 cellules

Vco (Volt) 0,50 1,00 Icc (mA) 2,72 2,44 FF 0,25 0,28 Rendement (%) 0,34 0,23 Rs (ohm) 180 390 Rsh (ohm) N/A 700

Tableau 8 : Tableau récapitulatif des grandeurs I(V) d’une cellule de 1cm² seule et d’un module de deux cellules de 1 cm²

113 Une cellule seule fournit 2,72 mA en court-circuit alors qu’un module de deux cellules ne fournit que 2,44 mA. On voit ici l’illustration de la limitation du courant du module à celui de la cellule la plus faible, dans le cas d’une mise en série.

En divisant la puissance maximale délivrée par le module par la puissance maximale délivrée par une cellule seule, on tombe sur 1,997. La mise en série est donc parfaitement réussie puisque la puissance délivrée par les deux cellules est conservée. On se rend compte que la taille des connexions entre cellules doit être minimisée afin de limiter leur impact sur le rendement module, puisque malgré le doublement de la puissance délivrée par le module par rapport à une cellule seule, de part l’augmentation considérable de la surface du dispositif, le rendement de conversion chute de 0,34% pour une cellule seule à seulement 0,23% pour le module.

On peut distinguer le rendement conversion cellule du rendement conversion module, car le rendement de conversion module comprend dans son calcul la surface occupée par les interconnexions entre cellules. Deux cellules de 1 cm² mises en série produisent un module de 2,9 cm², de part la connexion nécessaire entre les deux cellules. On peut donc expliquer la perte de rendement de conversion entre la cellule seule et le module par l’apparition d’une zone de 0,5 cm² ne participant pas à la génération de courant (soit une perte de près de 20% de la surface !) mais comptabilisée dans le calcul d’aire. On passe donc à 0,28% de rendement en ne prenant en compte que l’aire produisant de l’électricité dans le module.

La mise en série des deux cellules provoque aussi un changement drastique dans les résistances série et parallèle du dispositif (Tableau 8).

Seule, la cellule présente une résistance série de 180 ohms, la résistance parallèle n’étant malheureusement pas atteignable par la méthode graphique. Le module quant à lui présente une résistance parallèle mesurable (car il y a une cassure de pente dans la courbe I(V), ce qui montre que l’on n’est pas en comportement ohmique) à 700 ohms et une résistance série très élevée de 390 ohms. L’évolution de cette dernière est tout à fait normale puisque la mise en série de deux résistances entraîne l’addition de celles-ci, ce qui mènerait théoriquement à une valeur de 360 ohms.

Ces résultats seront par la suite encore améliorés en nettoyant mieux le contact ITO/Aluminium. Après le nettoyage au toluène, un nettoyage au THF (tetrahydrofurane)

114 est effectué, permettant une meilleure élimination du PEDOT:PSS. Ce nouveau nettoyage porte les performances plus loin encore, avec des rendements de conversion module de 0,43% (Figure 71 et Tableau 9). La tension de circuit ouvert reste quasiment constante à 0,96V, le facteur de forme est amélioré avec une valeur de 34%. Le courant de court-circuit est augmenté à 4 mA.

-6 -4 -2 0 2 4 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 C o u ra n t (m A ) Tension (Volt)

Figure 71 : Courbe I(V) du meilleur module de deux cellules réalisée à Sony Dax Tec

La résistance série présente une valeur de 175 ohms. L’amélioration du contact entre les deux cellules est certainement responsable d’une partie de l’amélioration observée par rapport au module présenté précédemment, mais la valeur est trop basse pour qu’il ne s’agisse que de cela : les cellules unitaires doivent également posséder des résistances

Module deux cellules optimisées

Vco (Volt) 0,96 Icc (mA) 4 FF 0,34 Rendement (%) 0,43 Rs (ohm) 175 Rsh (ohm) 550

115 séries plus faibles qu’auparavant. La résistance parallèle quant à elle est peu élevée (seulement 550 ohms).