Dans ce paragraphe, nous discuterons des résultats importants qui ont montré que la réponse électro-optique de nos OASLMs ne pouvait s'expliquer par une simple variation de conductivité de la couche photosensible en fonction de l'éclairement.
Les premiers dispositifs que nous avons fabriqués utilisaient une structure proche de celle utilisée à Southampton pour réaliser des OASLMs. Ce n'est que dans un second temps que nous avons joué sur les couches d'interfaces afin de modifier la réponse électro-optique de nos dispositifs.
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9.3.1 OASLMs avec une couche P3HT:PCBM
Afin de comparer les performances du P3HT:PCBM au PVK:C60, nous avons utilisé la structure suivante : ITO/P3HT:PCBM (1:1) (PCL)/E7 (LC)/ PEDOT:PSS (E7)/ITO. La réponse (CPI) de ce type de dispositif est montrée Figure 98. La cellule est contrôlée par une tension sinusoïdale de 10 kHz, la longueur d'onde est de 532 nm et l'intensité lumineuse a été variée de 0.0018 à 49 mW/cm2.
Figure 98 : Mesure CPI d'un OASLM utilisant une couche de P3HT:PCBM (1:1)
Nous avons pu constater qu'en utilisant le P3HT:PCBM comme couche photosensible et d'alignement, la réponse des cristaux liquides était bien fonction de l'intensité lumineuse. Par contre, les cristaux liquides se réorientaient sans tension appliquée à 0V en fonction de l'intensité lumineuse seule. Cet effet ne peut s'expliquer par une simple variation de l'impédance de notre couche photosensible en fonction de l'intensité de l'éclairement. Dès lors nous avons émis l'hypothèse qu'une phototension générée par notre couche P3HT:PCBM était à l'origine de cette variation de biréfringence à 0V. Des mesures complémentaires ont été réalisées entre les deux laboratoires pour confirmer cette hypothèse de départ.
La variation de tension et de biréfringence à 0V de ce type de dispositif (Figure 99) varie de manière logarithmique en fonction de l'intensité lumineuse.
Figure 99 : Variation de tension et de biréfringence à 0 V
De plus, il a aussi été montré par des mesures d'efficacité de diffraction qu'il était possible de moduler spatialement l'orientation des cristaux liquides avec une résolution de 106 lp.mm-1 sans tension appliquée.
Figure 100 : Mesure de l'efficacité de diffraction d'un OASLM utilisant la structure suivante ITO/P3HT:PCBM (1:1)/E7/PEDOT:PSS/ITO.
Bien que la structure utilisée soit intéressante d'un point de vue scientifique et démontre que l'on peut contrôler la biréfringence d'un OASLM en fonction de l'intensité lumineuse seule, plusieurs inconvénients ont été identifiés. D'une part, la réorientation des cristaux liquides à 0V montre une absence de contrôle de
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l'orientation des cristaux liquides à l'interface avec le PCL. De plus, le traitement mécanique utilisé pour contrôler l'alignement des cristaux liquides pouvait endommager le PCL.
L'ajout de couche d'interfaces pouvait nous permettre de répondre à ces différentes problématiques et d'en apprendre plus sur le principe de fonctionnement de ces nouveaux dispositifs.
9.3.2 Optimisation des couches d'interfaces
Nous avons utilisé une couche de PEDOT:PSS à l'interface PCL/LC (OIL2) afin de nous permettre d'obtenir un alignement planaire de la couche de CL. En modifiant la nature de l'interface ITO/PCL (OIL1), nous avons pu modifier la réponse de notre couche photosensible. Si les deux couches d'interfaces sont de même nature, en utilisant du PEDOT:PSS à l'interface ITO/PCL nous nous attendions à obtenir une réponse purement photoconductrice. Par contre, en utilisant du PEIE à l'interface ITO/PCL, nous devrions renforcer l'effet photovoltaïque.
Les mesures CPI des structures photoconductrices n'ont montré aucune variation de la réponse des OASLMs en fonction de l'intensité lumineuse (Figure 101).
Figure 101 : Mesure CPI d'un OASLM ITO/Clevios PH/P3HT:PCBM (1:1)/CPP 105D/E7/ Clevios PH/ITO
Nous avons pu expliquer ce phénomène du fait de la présence de contacts ohmiques qui provoquent une augmentation de la conductivité d'obscurité au sein du matériau semi-conducteur [123].
Par contre, la structure photovoltaïque utilisant la structure suivante: ITO/PEIE (OIL1)/P3HT:PCBM (PCL)/PEDOT:PSS (OIL2)/E7 (LC)/PEDOT:PSS (AL) /ITO montrait une variation significative de la réponse optique en fonction de l'intensité lumineuse (voir Figure 102). La cellule est contrôlée par une tension sinusoïdale de 100 Hz, la longueur d'onde est de 532 nm et l'intensité lumineuse a été variée de 0.17 à 89 mW/cm2.
Figure 102 : Mesure CPI d'un OASLM utilisant une multicouche photovoltaïque PEIE/P3HT:PCBM (1:1)/PEDOT:PSS
En utilisant des contacts dissymétriques (avec des travaux de sorties différents), on obtient une variation de la réponse des OASLMs en fonction de l'intensité lumineuse. Du fait de l'alignement planaire des cristaux liquides, la phototension générée n'est pas suffisante pour réorienter les CLs sans tension appliquée.
Néanmoins, la réponse électro-optique ne pouvait s'expliquer que par la présence d'une phototension DC qui se retrouvait aux bornes de la couche de cristaux liquides. De plus, ce genre de structure donne lieu à un photocourant stable qui permet de mesurer les caractéristiques courant-tension et donc de quantifier électriquement la phototension générée.
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Grâce à ces différents dispositifs, nous avons pu développer les prémisses d'un modèle pour estimer la tension photogénérée par la couche photovoltaïque ainsi que sa variation d'impédance à partir des courbes CPI. De nombreuses améliorations sont envisageables afin d'optimiser la réponse électro-optique de ces dispositifs en fonction de l'application visée. Afin d'améliorer la transparence, il est nécessaire d'utiliser des semi-conducteurs à large bande interdite (> 3eV).
Enfin des cristaux liquides à plus faible tension de seuil peuvent être utilisés afin d'obtenir une variation de biréfringence fonction de la seule intensité lumineuse.