Dans les cellules solaires planaires silicium, le matériau doit être assez épais pour que l’absorption des photons soit efficace, et dans le même temps, l’accroissement de l’épaisseur augmente les chances de recombinaison des porteurs. Afin d’avoir à la fois absorption et couche mince, des structures radiales (nanopiliers ou nanocones) peuvent être utilisées, qui ont des diamètres inférieurs à la longueur de diffusion des porteurs minoritaires, ce qui garantit une bonne collecte des porteurs. Ce travail présente la réalisation et la caractérisation de cellules solaires silicium bas coût, basées sur des nanostructures (piliers ou cônes). Pour la nanostructuration, l’usage d’un masqueur électronique est évité grâce à l’utilisation de microbilles de silice, déposées par technique Langmuir-Blodget et servant de masque à la gravure sèche des nanostructures. L’électrode face avant est en ZnO, obtenue par technique sol-gel. Avant la fabrication, une simulation des propriétés optiques des nanostructures en fonction de leur forme (densité, hauteur, diamètre,) a été réalisée à l’aide de calculs FDTD (Finite Difference Time Domain). La synthèse des films ZnO par sol gel a été optimisée (concentration des dopants, recuit thermique, hydrogénation, …) afin d’avoir la meilleure transparence optique et la plus faible résistivité. Finalement, des cellules solaires n+- i - p ont été réalisées, assemblant nanostructures et couche ZnO. Des étapes supplémentaires de passivation des défauts de surface et d’interfaces associés aux nanostructures ont été finalement menées. / For planar p-n junction solar cell, the material must be thick enough to have enough absorption, whereas increasing the thickness leads to the increase of recombination of carriers. In order to decouple the requirement of light absorption and carrier collection, nanopillars (or nanocones) radial p-n junction are introduced. Nanopillars (or nanocones) have greater absorption and radial geometry offers minimal recombination if the diameter of nanopillars ( or nanocones ) is smaller than the minority carrier diffusion length. This work presents the realization and characterization of low-cost Si nanostructures (nanopillars and nanocones) solar cell with sol-gel derived ZnO transparent electrodes. In order to decrease the fabrication price, silica balls and Lamguir-Blodgett techniques are used as the substitutes of photoresist and electrical beam lithography, respectively. Besides, ZnO thin film transparent electrodes are synthesized by low-cost sol-gel methods For pursuiting high efficiency, first of all, we have tested the absorption of nanopillars and nanocones by varying their periods, diameters, lengths and sidewalls. Second, we have optimized the electrical properties of ZnO thin film by changing the synthesis parameters, such as doping concentration, baking temperature, anneal temperature and hydrogen treatment. In the end, solar cells were fabricated based on optimized Si nanostructures and optimized ZnO thin films. Due to their bad electrical properties associated with surface defects, surface passivation methods were performed to reduce the defects concentration in p-i-n junction and improve the efficiency of solar cells.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un partenariat entre l’Institut des Matériaux Jean Rouxel et la société Crosslux qui souhaite développer un vitrage photovoltaïque semi-transparent par pulvérisation magnétron. Dans ce contexte, ce travail concerne la mise au point du dépôt par pulvérisation cathodique des couches de contact et de la couche tampon entourant le matériau actif CIGS. La réalisation et la caractérisation d’une couche tampon en Zn(O,S) constituent le coeur de cette thèse afin de proposer une alternative à la couche CdS, matériau toxique déposé par bain chimique, technique peu adaptée à la réalisation de grandes surfaces. L’optimisation de la couche tampon Zn(O,S) a mis en évidence un ajustement possible de la composition chimique entre ZnO0,2S0,8 et ZnO2S0,5 et un contrôle des propriétés cristallines et optiques. Des films denses de ZnO0,42S0,66 présentent des caractéristiques satisfaisantes pour l’application visée avec une transparence de 90 % et un gap optique de 2,5 eV. Le contact arrière en molybdène (Mo) est constitué d’une structure bicouche optimisée : une première couche peu dense assure une bonne adhérence au substrat de verre et une couche supérieure dense permet d’atteindre une faible résistivité électrique de 22.10-6 Ω.cm. Le contact avant en oxyde de zinc dopé aluminium (AZO), réalisé en mode DC pulsé et réactif Ar/O2, présente après recuit à 250 °C sous azote, une transmittance moyenne dans le visible de 93 %, une résistivité de 3.10-3 Ω.cm et une figure de mérite de 6,45.10-3 Ω-1. Ce travail constitue une contribution significative à la réalisation complète de cellules CIGS par pulvérisation magnétron. / This PhD work has been performed within collaboration between the Institute of Materials Jean Rouxel and Crosslux Company, aiming at developing semi-transparent photovoltaic glasses using only magnetron sputtering. This work is focused on magnetron sputtering deposition of both contact layers (Mo and AZO) and buffer layer dedicated to CIGS solar cell. The main focus of this work was the optimization of the Zn (O, S) buffer layer in order to replace the CdS layer deposited by chemical bath unsuitable for large areas. The Zn(O, S) buffer layer study highlights a possible adjustment of the chemical composition between ZnO0.2S0.8 and ZnO2S0.5 and control of the crystalline and optical properties. ZnO0.42S0.66 dense layers exhibit satisfying properties for the targeted application with a visible transparency equal to 90 % and an optical gap of 2.5 eV. The molybdenum back contact (Mo) is an optimized bi-layered structure allowing a good adhesion to the glass substrate and low electrical resistivity (in the 20.10-6 Ω.cm range) thanks to the upper dense layer. The aluminum-doped zinc oxide (AZO) front contact deposited by Ar/O2 reactive pulsed DC mode and annealed at 250° C under nitrogen, exhibits an average transmittance of 93 % in the visible range, a resistivity of 3 10-3 Ω.cm and a figure of merit of 6.45 10-3 Ω-1. This work stands as a significant contribution to the deposition of the entire CIGS solar cell by magnetron sputtering.

Le développement d'un colorant naturel sensibilisateur pour les applications de cellules solaires a attiré beaucoup d'attention en raison de ses avantages inhérents, tels que son faible coût, la préparation simple, les ressources facilement disponibles et le respect de l'environnement. Toutefois, les principaux problèmes liés à la cellule solaire sensibilisée par colorant (CSSC) sont une faible photostabilité et une faible efficacité. Dans cette thèse, la bixine extrait de graines de rocou (Bixa orellana L.) a été utilisée comme sensibilisateur. Pour améliorer sa stabilité et la performance des CSSC, l’utilisation de la kaolinite activée a également été étudiée. Une CSSC à haute efficacité nécessite une photo-électrode avec une grande surface spécifique pour adsorber efficacement le colorant. Ainsi le couple TiO2/kaolinite a été préparé dans ce but. Il est considéré que la kaolinite peut confiner la lumière incidente à l'intérieur de l'électrode et peut aussi améliorer la conduction d'électrons. Dans ce système, la kaolinite a également un rôle important pour accroître la photostabilité de la bixine. Un autre facteur affectant les performances des CSSC est le rôle important de l’électrolyte. Dans ces travaux, les carbonates organiques cycliques qui ont une constante diélectrique élevée et aussi un point d’ébullition élevé (plus de 300oC) ont été évalués comme solvants de l’électrolyte. Ces travaux ont été réalisés en quatre étapes: (1) extraction, purification et caractérisation de la bixine, (2) préparation, activation et caractérisation de la kaolinite, (3) étude d’adsorption de la bixine sur la surface de la kaolinite et du TiO2, et (4) fabrication des cellules solaires sensibilisées par la bixine (CSSB). Les résultats montrent que l’extraction accélérée par solvant en utilisant un mélange de 60% de cyclohexane et 40% d’acétone peut être une méthode d’extraction efficace pour la bixine. Après purification par la chromatographie flash, la bixine est isolée avec un dégré de pureté de 99,86%. Elle est composée de 88,11% de cis-bixine et 11,75% de dicis- bixine. L’activation par l’ammoniaque de la kaolinite calcinée (la métakaolinite) est une bonne méthode pour produire la kaolinite avec une très grande surface spécifique et un rapport Si/Al élevé. L’étude d’absorption de la bixine a montré que le carbonate de diméthyle est un solvant approprié pour la bixine. Il permet à la bixine un coefficient d’absorption élevé et de bonnes caractéristiques d’adsorption sur la surface de la photo-électrode. L’adsorption de monocouche de la bixine sur la surface de TiO2 ou la surface de la kaolinite est plus favorable pour obtenir un rendement énergétique plus élevée. La présence de la métakaolinite activée dans la photo-électrode TiO2 a contribué à améliorer les performances et la stabilité de la CSSB par rapport à la CSSB fabriquée avec la photoélectrode de TiO2 pur. Ces performances sont reproductibles. L’électrolyte exerce un effet synergétique avec la métakaolinite activée en faveur de l’amélioration des paramètres électriques de la CSSB. Sous une intensité lumineuse de 200 W/m2, la CSSB comprenant une photo-électrode de TiO2 modifié par 5% de métakaolinite activée et un système électrolyte de KiI/I2 dans l’acétate de carbonate de glycérol produit un rendement énergétique de (0,050+0,006)%, ce qui est plus élevé que celui de la CSSB comprenant une photo-électrode de TiO2 pur (0,027+0,012)%. L’utilisation d’un couple redox de LiI/I2 dans l’acétate de carbonate de glycérol produit le rendement maximum (0,086+0,014)%. La fonction de stockage et de chargement d’énergie des CSSB fonctionnent bien jusqu’au troisième jour de l’analyse. A ce jour, la CSSB fabriquée en utilisant la photoélectrode de TiO2 modifiée par la métakaolinite activée est 16 fois plus stable que celle de la CSSB fabriquée en utilisant la photo-électrode de TiO2 pur.

Le rendement de conversion photoélectrique des cellules photovoltaïques organiques est encore trop faible pour envisager leur production à l'échelle industrielle. La solution proposée dans le cadre de ce travail est l'amélioration du rendement d'absorption des photons dans les couches photoactives. La première partie de ce travail à concerné le développement d'un logiciel de modélisation et d'optimisation des cellules photovoltaïques organiques. Basé sur le calcul de la répartition du champ électromagnétique dans l'épaisseur de la cellule, cet outil permet d'optimiser l'ensemble des épaisseurs des couches d'une cellule classique (bicouche ou mélange) ou des cellules plus complexes (cellules tandem).<br />Puis nous avons relié les propriétés optiques des cellules organiques à leurs propriétés électriques en calculant les densités de courant de court circuit. La validation de nos modélisations a ensuite été réalisée par comparaison avec les résultats expérimentaux sur des cellules composées d'hétérojonctions bicouches ou de volume et pour différents couples donneur-accepteur (P3HT:PCBM, CuPc/C60 ou pentacène:pérylène). Dans la dernière partie de ce travail nous avons abordé l'étude de l'exaltation locale du champ électromagnétique via des effets de plasmons de surface. Pour cela, nous avons modélisé, réalisé et caractérisé des empilements de couches organiques, contenant des nanoparticules métalliques (or et argent), dans le but d'exalter localement le champ électromagnétique.

L’objectif final de la thèse est l'impression de la couche photo-active ternaire d'une cellule solaire organique en utilisant deux approches: l'une concerne l'apport de nanotubes de carbone (SWCNT) pour améliorer les propriétés de transport, l'autre concerne la préparation de mélanges ternaires de matériaux pour contrôler la couleur des cellules. Les encres pour la couche active incluant des SWCNT fonctionnalisés sont composées d’un donneur d'électron (polymère) (poly(3-hexylthiophène), [P3HT]) et d’un accepteur d'électron ( [6,6]-phényl C61-butyrique ester méthylique d'acide [PCBM]) et ont été développées pour la fabrication de cellules inversées. Ces cellules sont réalisées sur substrats de verre pour l'optimisation de leurs performances, puis sur substrats plastiques pour les applications. Diverses couches d'interfaces ont été testées, qui incluent l'oxyde de zinc (ZnO, couches obtenues par pulvérisation ionique (IBS) ou à partir de solutions de nanoparticules) pour la couche de transport d'électrons et le PEDOT:PSS, le P3MEET, le V2O5 et le MoO3 pour la couche de transport de trous. Des essais ont été effectués avec et sans CNT afin d’étudier leur impact sur les performances. Des résultats similaires sont obtenus dans les deux cas. Il était attendu que les CNT améliorent les performances, ce qui n’a pas été observé pour le moment. Des travaux supplémentaires sont donc nécessaires au niveau de la formulation de la couche active.Avec trois polymères de couleur rouge (P3HT), bleu (B1) et vert (G1), nous avons préparé des mélanges ternaires efficaces permettant l'obtention de couleurs jusque là indisponibles . Nous avons fait une étude sur le piégeage et les mécanismes de diodes parallèles associés aux mélanges. En général, nous avons constaté que les mélanges ternaires de polymères bleu et vert peuvent être décrits par une mécanisme de diodes parallèles, sans entrainer de perte de performances, ce qui n'est pas possible pour les systèmes P3HT:B1 :PCBM et P3HT:G1:PCBM qui se piègent mutuellement. L’objectif final du projet est l'impression de la couche photo-active ternaire d'une cellule solaire organique, composites ternaires (polymère:polymères:acceptor) ou dopés avec les SWCNT. Cette étape nécessite encore des développements futurs. / Two approaches were followed to achieve increased control over properties of the photo-active layer (PAL) in solution processed polymer solar cells. This was accomplished by either (1) the addition of functionalized single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) to improve the charge transport properties of the device or (2) the realization of dual donor polymer ternary blends to achieve colour-tuned devices.In the first component of the study, P3HT:PC61BM blends were doped with SWCNTs with the ambition to improve the morphology and charge transport within the PAL. The SWCNTs were functionalized with alkyl chains to increase their dispersive properties in solution, increase their interaction with the P3HT polymer matrix, and to disrupt the metallic characteristic of the tubes, which ensures that the incorporated SWCNTs are primarily semi-conducting. P3HT:PCBM:CNT composite films were characterized and prepared for use as the photoactive layer within the inverted solar cell. The CNT doping acts to increase order within the active layer and improve the active layer’s charge transport properties (conductivity) as well as showed some promise to increase the stability of the device. The goal is that improved charge transport will allow high level PSC performance as the active layer thickness and area is increased, which is an important consideration for large-area inkjet printing. The use of ternary blends (two donor polymers with a fullerene acceptor) in bulk-heterojunction (BHJ) photovoltaic devices was investigated as a future means to colour-tune ink-jet printed PSCs. The study involved the blending of two of the three chosen donor polymers [red (P3HT), blue (B1), and green (G1)] with PC61BM. Through EQE measurements, it was shown that even devices with blends exhibiting poor efficiencies, caused by traps, both polymers contributed to the PV effect. However, traps were avoided to create a parallel-like BHJ when two polymers were chosen with suitable physical compatibility (harmonious solid state mixing), and appropriate HOMO-HOMO energy band alignment. The parallel diode model was used to describe the PV circuit of devices with the B1:G1:PC61BM ternary blend.

L'objectif d'amélioration des performances de cellules solaires sur des substrats de silicium cristallin de plus en plus en minces (< 200 µm) est indispensable à la réduction des coûts du module et donc à l'essor du photovoltaïque à l'échelle mondiale. Cette thèse se propose de répondre à la problématique d'amincissement des plaquettes sur substrats monocristallins (Cz) de type p de grande surface (239 cm2 - 180 µm) par le développement d'une structure en face arrière capable de générer un rendement de conversion élevé tout en limitant le degré de complexité du procédé de fabrication de la cellule. La solution explorée est celle des cellules à face arrière passivée et contacts localisés et les schémas de passivation étudiés s'appuient sur l'utilisation d'empilements diélectriques à base d'oxydes de silicium (SiO2) et d'aluminium (Al2O3) couplés au nitrure de silicium (SiNx). Ces travaux ont pour objectif d'optimiser les propriétés de passivation des couches diélectriques tout autant que les briques technologiques nécessaires à leur intégration dans la structure de cellule finale (conditionnement de surface, ablation laser sélective, métallisation par sérigraphie). Le procédé de fabrication résultant a permis d'obtenir des cellules avec un rendement de conversion de 19.1% pour l'empilement SiO2/SiNx. Il est cependant démontré que les limitations des performances de cette structure peuvent être partiellement compensées en introduisant une couche d'alumine, permettant d'atteindre un rendement remarquable de 19.5% (+0.4% par rapport à une structure standard). / Improving the solar cell efficiency on thin wafers (< 200 µm) has become a must in the industry in order to reduce the module cost and enhance the photovoltaics field growth worldwide. This work addresses the issues regarding the thickness reduction of large monocrystalline p-type wafers (239 cm2 - 180 µm) by developing a back side architecture capable of increasing the efficiency while limiting the cell fabrication level of complexity. Thus back passivated and local contacts, also known as PERC-type, solar cells are investigated. Those include passivation schemes relying on the use of dielectric stacks based on silicon oxide (SiO2), aluminum oxide (Al2O3) both coupled with silicon nitride layers (SiNx). This PhD study attempts to carry out an optimization of the passivation properties as well as of the technological steps required for a proper integration in the final cell structure (surface preparation, selective laser ablation, screen-printing metallization). The resulting optimized process led to the fabrication of solar cells displaying an 19.1% conversion efficiency by using SiO2/SiNx layers. Nevertheless it was shown evidence that the limited electrical performances can be overcome by introducing an Al2O3 layer, eventually reaching a remarkable 19.5% efficiency. This represents an absolute gain efficiency of +0.4% compared to the standard full-area Al-BSF solar cell architecture.

L’alliage de Nitrure de Gallium et d’Indium (InGaN) est devenu au cours des dernières années un semi-conducteur important pour la réalisation de composants optoélectroniques, du fait de sa bande interdite modulable en fonction de la composition d’indium, entre 0.7 eV à 3.4 eV. Ceci permet l’absorption d’une grande partie du spectre solaire et fait de l’alliage InGaN un excellent candidat pour la réalisation de cellules solaires multijonctions à très haut rendement. Ce travail de thèse a permis une investigation approfondie sur les performances de différentes structures de cellules solaire à base d’InGaN. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet visant à associer des méthodes d’optimisation mathématique multivariée à une démarche rigoureuse de simulation s’appuyant autant que possible sur des modèles et résultats expérimentaux. Il s’agit d’une nouvelle approche qui permet d’étudier les performances des cellules solaires en optimisant simultanément plusieurs paramètres (physiques et géométriques) de la cellule solaire. Nous avons étudié pour cette thèse, différentes structures de cellules solaires à simple jonction, notamment de nouvelles structures sans couche P et avons fait également l’étude d’une structure complexe à double jonction. Ces études nous ont permis d’évaluer les performances optimales que pourraient avoir les cellules à base d’InGaN et seront importantes pour la conception et l’élaboration future de cellules solaires InGaN à haut rendement / In recent years, Gallium Indium Nitride (InGaN) alloy has become a semiconductor of choice for the realization of optoelectronic devices, because of its wide spectral coverage, with a bandgap that can be modulated, by changing the indium composition, between 0.7 eV and 3.4 eV. This allows the absorption of a large part of the solar spectrumand makes the InGaN alloy an excellent candidate for the realization of high efficiency multi-junction solar cells. This thesis work led to a further investigation into the performance of different InGaN-based solar cell structures. It is part of a project aiming to associate mathematical optimization methods with a rigorous simulation process based as much as possible on models and experimental results. This is a new optimization approach that optimizes the performance of solar cells by simultaneously optimizing several parameters (physical and geometrical) of the solar cell. We have studied for this thesis, different structures of single junction solar cells, including new structures without P layer and we have also studied a complex structure with double junction. These studies allowed us to evaluate the optimal performance that InGaN-based solar cells can achieve for their design and future development

Ce travail porte sur l'élaboration de cellules solaires CuInSe2 (CIS) en couches minces. Différentes techniques de croissance ont été mises en œuvre pour concevoir les matériaux composant la structure photovoltaïque. Ainsi, l'absorbeur CuInSe2 a été déposé par coévaporation sous vide (PVD) sur un substrat de verre recouvert de molybdène. Un système de détection de la lumière diffusée (SLS) par l'échantillon a été développé pour permettre le suivi in situ des transitions de phases pauvres/riches en cuivre. Cela a permis la croissance de couches de CuInSe2 à larges grains ainsi que le contrôle de leurs propriétés électro-optiques. La couche tampon de CdS a été obtenue par bain chimique (CBD) et son épaiseur optimisée par un procédé original où le substrat est directement chauffé par conduction. Enfin, la couche fenêtre de ZnO a été élaborée par divers procédés de croissance tels que l'électrodéposition (ED) et le dépôt par couches atomiques (ALD). Les propriétés structurales, optiques et électriques des différentes couches minces sont étudiées et mises en relation avec les performances photovoltaïques des cellules élaborées. / The aim of this work is the design of thin film CuInSe2 solar cells. Different growth techniques have been used to elaborate the layers involved in this photovoltaic stack. Thus, the absorber CuInSe2 has been deposited by coevaporation under vacuum (PVD) onto a molybdenum coated glass substrate. A scattered light monitoring system (SLS) has been designed in order to follow in situ the copper poor/rich phases transitions. It has led to the growth of CuInSe2 layers made of large crystalline grains with both high optical and electrical properties. The CdS buffer layer has been elaborated by chemical bath deposition (CBD) and its thickness has been tuned by an original process involving a conduction heated holder. Finally, the ZnO window layer has been grown by various techniques such as electrodeposition (ED) and atomic layer deposition (ALD). Structural, optical and electrical properties of all these thin films have been studied and correlated with the photovoltaic parameters of the solar cells elaborated.

Ce travail est consacré à l‟étude de la stabilité photochimique de nanocomposites polymère / argile en vue de leur insertion dans un système multicouche organique / inorganique pour l‟encapsulation des cellules solaires organiques. L‟objectif est d‟obtenir des films de nanocomposites polymère / argile flexibles, transparents, pouvant être mis en oeuvre par voie liquide, et photochimiquement stables. Dans une première partie, la caractérisation de nanocomposites à base d‟alcool polyvinylique (PVA) a montré leur aptitude à être insérés dans un système multicouche, notamment en ce qui concerne les propriétés barrière aux gaz. L‟étude du comportement photochimique du PVA basée sur l‟identification des produits de dégradation a permis de proposer un mécanisme de photooxydation du PVA et de déterminer les effets du photovieillissement sur les propriétés du film (rugosité, perméabilité, transparence). L‟insertion de nanocharges lamellaires (Montmorillonite, Laponite ou Hydroxydes Doubles Lamellaires) dans le PVA induit des effets différents (prodégradant ou stabilisant) en fonction de la nature de l‟argile (naturelle ou synthétique). Cependant, lors d‟irradiations en absence d‟oxygène, le PVA et les nanocomposites PVA / argile sont très stables. Enfin, l‟encapsulation alternant couche inorganique SiOx et couche organique PVA ou nanocomposite PVA / argile, permet d‟atteindre les niveaux de perméation requis pour les cellules solaires organiques pour des applications nomades. / This work was devoted to the study of the photochemical behavior of polymer / clay nanocomposites with the aim to use these nanocomposites in a multilayer organic / inorganic coating for organic solar cells encapsulation. The goal of this work was to obtain polymer / clay nanocomposite films that are flexible, transparent, which can be processed by solution, and that are photochemically stable. In the first part, the characterization of nanocomposites based on polyvinyl alcohol (PVA) has shown their ability to be inserted into a multilayer system, particularly for gas barrier properties. The study of the photochemical behavior of PVA with the identification of photodegradation products allows us to propose a photooxidation mechanism of PVA and to determine the effects of photoageing on the film properties (roughness, permeability, transparency). The insertion of lamellar nanofillers (Montmorillonite, Laponite or Layered Double Hydroxide) in PVA induces different effects (prodegradant or stabilising) depending on the nature of the clay (natural or synthetic). However, in absence of oxygen, the PVA and PVA / clay nanocomposites are very photostable. Finally, encapsulation alternating inorganic SiOx layer and PVA or PVA / clay nanocomposite layer permits to obtain the permeability levels required for organic solar cells in niche markets (consumer electronics).

L'effet photovoltaïque est une des voies qui s'est significativement développée au cours des dernières années afin de trouver une alternative à la production d'énergies non-renouvelables. Afin de diminuer le coût de fabrication de ces dispositifs photovoltaïques, une solution consiste à remplacer le silicium par des matériaux organiques. Les cellules solaires organiques sont une technologie en pleine émergence qui ambitionne la fourniture de cellules solaires plus flexibles dans tous les sens du terme : mécanique, fabrication, propriétés électro-optiques. Un défi auquel la recherche est confrontée aujourd'hui est l'obtention de matériaux organiques stables et solubles qui absorbent aux longueurs d'ondes du proche infrarouge. Ce travail de thèse réalisé dans l'Équipe de Recherche Technologique CSPVP de l'Université d'Angers a pour objectif de relever le défi. La première partie de notre travail est consacrée à l'utilisation de nouveaux dérivés de fullerènes. Afin d'améliorer l'absorption du fullerène C60 ou/et de chercher de possibles alternatives au PCBM, des nouveaux composés ont été synthétisés. Ces nouveaux dérivés peuvent être répartis en: dyades C60-PDI(R=OPhtBu, Cl), cyclopropano[60]fullerènes et cyclopropano[70]fullerènes de type Bingel porteurs de deux groupes esters C60(ou 70)>(CO2R1)(CO2R2), et l'adduit-1,4 C60(CH2CO2tC4H9)2. Ces dérivés de fullerènes ont été incorporés dans les couches photo-actives des cellules solaires à base du polymère conjugué poly(3-hexylthiophène) (P3HT), en tant que matériau de type accepteur. Tous ont été utilisés en cellules solaires pour lesquelles nous avons cherché à préciser la relation entre structure moléculaire et performances photovoltaïques via la morphologie de la couche active. Des études supplémentaires ont été effectuées afin de corroborer les résultats photovoltaïques (PV) avec les propriétés physico-chimiques des matériaux. La deuxième partie est consacrée à des études physico-chimiques réalisées sur des différents nanotubes de carbones mono-feuillets (SWCNT) fonctionnalisés par des groupements esters. Ces nanotubes fonctionnalisés présentent une meilleure dispersion dans les solvants organiques. Ils ont été étudiés et comparés à différentes concentrations dans des cellules solaires à base de P3HT :PCBM. Des travaux complémentaires ont été effectués sur des dérivés de poly(phénylène vinylène) (PPV) et des dérivés de polythiophène, et des cellules élaborées à partir de dérivés de carbazole attaché sur le noyau de C60 et déposés sur des substrats ITO/PEDOT :PSS par électropolymérisation. En conclusion, nous passons en revue les paramètres qui contribuent directement aux performances photovoltaïques des cellules étudiées.