Conception, synthèse et caractérisation de copolymères à blocs "bâtonnet-pelote" en vue d'application photovoltaïques : De la macromolécule au dispositif

par Fanny Richard

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Georges Hadziioannou et de Thomas Heiser.

Soutenue en 2008

à Strasbourg 1 .


  • Résumé

    Les performances des cellules photovoltaïques organiques dépendent fortement de la nano-morphologie de leur couche active. Les copolymères diblocs sont capables de s’auto-assembler en domaines de taille nanométrique. Dans l’objectif d’optimiser la génération des charges et leur transport dans la couche active, nous avons choisi de concevoir de nouveaux copolymères composés d’un premier bloc rigide conjugué capable de transporter les trous et d’un second bloc souple sur lequel sont greffées des entités acceptrices d’électrons (C60). Une première étude a porté sur les copolymères diblocs possédant un bloc rigide dérivé du poly(phénylène vinylène) et un bloc souple de poly[butylacrylate-stat-chlorométhylstyrène]. Des structures lamellaires prometteuses ont été observées. Toutefois, le désordre intralamellaire ne permettait pas d’espérer une mobilité des porteurs de charges suffisante. Le poly(3-hexyl-thiophene) régiorégulier est connu pour former des structures ordonnées induites par de fortes interactions  intermoléculaires et devrait ainsi permettre d’obtenir un meilleur ordre intralamellaire. Nous avons donc synthétisé de nouveaux copolymères ayant un bloc rigide de P3HT régiorégulier. Ces copolymères ont tout d’abord été utilisés en tant que tensioactifs. En effet, cette utilisation est un nouveau moyen original de contrôler et de stabiliser la morphologie du mélange référence P3HT-PCBM. Les synthèses ainsi que les caractérisations macromoléculaires et optiques de ces matériaux ont été effectuées. La morphologie des films minces a été observée par microscopie à force atomique. Enfin, les propriétés photovoltaïques des dispositifs ont été mesurées.

  • Titre traduit

    Design, synthesis and characterization of "rod-coil" block copolymers for photovoltaic applications


  • Résumé

    The performance of organic photovoltaic cells crucially depends on the active layer nano-morphology. Due to their self-assembling process, diblock copolymers are good candidates for an enhanced control of nanometer-sized domains. Therefore, we designed new copolymers with a semiconducting hole-transporting conjugated rigid block and a coil block with grafted acceptor moieties (C60) in order to optimize charge generation and transport in the organic layer. A first study focused on a rod-coil diblock copolymer based on a poly(phenylene vinylene) derivative as rod block and a poly[butylacrylate-stat-chloromethylstyrene] as coil block. We found promising lamellar type morphologies. However, the intralamellar structure was shown to be disordered, with only weak coupling between  electrons, a critical condition for reaching high charge carrier mobilities. Regioregular poly(3-hexyl-thiophene) is well known to form ordered structures induced by strong intermolecular - interactions and should therefore allow a better interlamellar ordering. That’s why new block-copolymers with regioregular P3HT rod have been synthesized. These materials have been used first as surfactant. Indeed, the use of diblock copolymers as tensioactifs is a new and original way to control and stabilize the reference P3HT-PCBM blend morphology. Syntheses, macromolecular and optical characterizations of these materials have been done. The thin film morphology has been investigated by atomic force microscopy, and electrical and photovoltaic properties of devices have been measured.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (248 p.)
  • Notes : Extrait en partie de périodique
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2008;5781
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