Synthèse et caractérisation de nouveaux polythiophènes porteurs de groupes C60 pour une application solaire photovoltaïque organique

Synthesis and characterisation of new polythiophenes containing C60 groups for organic photovoltaic solar cell application

• Auteur / Autrice : Mathilde Legros
• Direction : Régis Mercier, Lara Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 10/05/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (Grenoble ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Adam Pron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régis Mercier, Micheline Draye, Gisèle Boiteux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Dagron- Lartigau, Thomas Heiser

Mots clés

Mots clés libres

Cellule solaire photovoltaïque organique

Copolymères alternés

Compatibilisant

Oligothiophene

Morphologie

Polyimines

Organic photovoltaic solar cell

Alternating copolymers

Compatibilizer

Oligothiophene

Morphology

Polyimines

Résumé

L'efficacité des cellules photovoltaïques organiques est influencée par la morphologie du mélange composant la couche active. L'objectif de cette thèse a été d'élaborer un agent compatibilisant pour stabiliser la morphologie du mélange P3HT:PCBM. Nous avons choisi de synthétiser des copolymères alternant motifs C60 et polythiophène pour améliorer la miscibilité entre P3HT et PCBM. Les copolymères ont été réalisés par polycondensation d'un dérivé C60 avec plusieurs oligothiophènes régioréguliers de difonctionnalité contrôlée. Une attention particulière a été accordée aux conditions de polycondensation qui ont été optimisées pour favoriser de hauts degrés de polymérisation. Les caractérisations structurales, optiques et électrochimiques des matériaux ont été réalisées. Leur effet compatibilisant a été évalué en caractérisant la morphologie de la couche active par des mesures en cellules photovoltaïques, des observations par microscopie à force atomique et des calculs d'énergies de surface.

Efficiency of organic photovoltaic solar cells is influenced by the active layer's morphology. The aim of this thesis was to elaborate a compatibilising agent which could stabilise the morphology of the P3HT:PCBM blend. We chose to synthesize alternating copolymers based on fullerene and polythiophene blocks to improve compatibility between P3HT and PCBM. The synthesis of copolymers has been achieved by polycondensation of a fullerene derivative with several regioregular oligothiophenes for which difunctionality was well controlled. Particular care has been given to the optimisation of polycondensation conditions in order to favour high polymerisation degrees. Structural, optical and electrochemical characterisations have been realized. The compatibilising effect of our copolymers on the active layer morphology has been investigated on the basis of photovoltaic measurements, atomic force microscopy observations and surface energy calculations.