Elaboration de matériaux dérivés du polythiophène : Application aux cellules photovoltaïques organiques

Elaboration of polythiophene derivatives. Application to organic photovoltaic cells.

• Auteur / Autrice : Farid Ouhib
• Direction : Jacques Desbrières
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymère
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Pau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Résonance magnétique nucléaire

Polymères conjugués

Résumé

Ce mémoire de thèse s’inscrit dans l’objectif de développer de nouveaux matériaux polymères conjugués avec un spectre d’absorption en adéquation avec le spectre solaire. Une étude bibliographique présente des généralités et des définitions relatives à l’effet photovoltaïque dans une cellule organique, ainsi que les polymères utilisés. Le fonctionnement d’une cellule et les processus physiques permettant la conversion photovoltaïque sont décrits. Plusieurs dérivés du polythiophène substitués par des groupements aromatiques ont été synthétisés. Après une caractérisation structurale complète par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), les différents matériaux ont été analysés par spectrométrie d’absorption UV-visible. Leurs propriétés thermiques ont également été étudiées par analyse thermogravimétrique (TGA) et calorimétrie différentielle programmée (DSC). Une partie de ce travail a porté sur la réalisation de cellules photovoltaïques à base des différents polymères synthétisés (donneur) en hétérojonction avec le PCBM (accepteur). A partir des résultats issus de la caractérisation des différentes cellules et de l’étude morphologique par AFM, nous avons étudié l’influence de la structure chimique, du degré de régiorégularité et es masses molaires des polymères sur les caractéristiques des cellules. Nous avons développé deux types de système double-câble donneur/accepteur, un présentant un greffage statistique du C60 sur la chaîne polythiophène et l’autre étant un copolymère à blocs. Ces deux double-câbles présentent des propriétés optiques et des morphologies différentes en film mince, comme montré par absorption UV-visible et par AFM, respectivement.

The work reported here aims to develop new conjugated polymers exhibiting an absorption in a better correlation with the solar spectrum. A bibliographic review presents the background and definitions related to the photovoltaic effect in organic solar cells, as well as polymers used. The principle of a cell and photophysical processes occuring during photovoltaic conversion are presented. Several polythiophene derivatives substituted by aromatic groups have been synthesised. After a thorough structural characterisation by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), the materials were analysed by UV-visible absorption spectrometry. Their thermal properties were evaluated by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scaning calorimetry (DSC). Part of this work has focused on the preparation of photovoltaic solar cells based on the different polymers synthesised (donor) in heterojunction with PCBM (acceptor). From the results of characterisation in solar cells and the study of the morphology by AFM microscopy, we have discussed the influence of chemical structure, degree of régioregularity and molecular weights of polymers on the characteristics of the solar cells. We have developped two kinds of donor/acceptor double-cables, one presenting a statistical grafting of C60 on a polythiophene backbone and one block copolymer. These double-cables presented different optical properties and morphologies in thin films, as shown by UV-visible absorption and AFM, respectively.