Synthèse et étude de matériaux moléculaires pour application photovoltaïque

par Thi Minh Ha Vuong

Thèse de doctorat en Chimie moléculaire

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ce travail fait partie d'un projet financé par l'ANR et dédié à la réalisation de cellules photovoltaïques organiques. Nous proposons ici l'utilisation de complexes bis-dithiolène comme candidats potentiels pour la conception de nouveaux matériaux absorbant fortement la lumière solaire dans le proche infrarouge. Notre objectif est de greffer ces complexes (accepteurs d'électrons) sur des polymères (donneurs d'électrons) synthétisés par notre partenaire bordelais, du Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (LCPO), afin d'obtenir des mélanges intimes donneur-accepteur et d'optimiser deux paramètres essentiels : la morphologie du mélange et le spectre d'absorption de la couche active. Pour cela, la fonctionnalisation de ces complexes est une étape incontournable pour les greffer sur les polymères. Les synthèses et les caractéristiques de complexes dissymétriques thioalkylés sont décrites. Parmi ces complexes, les molécules C1b et C1c, contiennent une seule chaîne thioalkyle fonctionnalisée [SR = C6H12OH et SR = C5H10NHBOC] permettant leur greffage sur un squelette polymère donneur (collaboration avec le LCPO). Des études de photoluminescence réalisées en solution montrent qu'un transfert d'énergie photo-induit s'établit entre le polymère et le complexe bis-dithiolène ainsi greffé qui agit donc comme accepteur potentiel. Néanmoins, les premiers tests sur cellule prototype semblent indiquer le rôle isolant des chaînes alkyles qui s'opposent au transfert de charges en film mince. Afin de favoriser ultérieurement les transferts électroniques avec le polymère donneur, nous avons décidé de poursuivre ce travail en utilisant des complexes sur lesquels nous avons introduit des noyaux phényles en périphérie du cœur bis-dithiolène. Plusieurs voies synthétiques ont été développées, parmi lesquelles la réaction de métathèse s'est révélée la plus efficace. Les résultats montrent que l'on peut ainsi obtenir des complexes absorbant entre 800 et 1010 nm et les analyses électrochimiques permettent d'évaluer leurs niveaux HOMO et LUMO. Nous montrons en outre qu'il est possible de prédire les caractéristiques électroniques du complexe visé, connaissant celles de molécules impliquées dans la métathèse.

  • Titre traduit

    Synthesis and study of molecular materials for photovoltaic applications


  • Résumé

    This work is part of a project funded by the ANR and dedicated to the design of a new type of organic photovoltaic cells. Here we propose the use of bis-dithiolene complexes as potential candidates for new materials that absorb strongly the sunlight in the near infrared region. Our goal is to graft these complexes (electron acceptor) on polymers (electron donor) synthesized by our partner Bordeaux, Laboratory of Organic Polymer Chemistry (LCPO) to obtain homogeneous mixtures and donor-acceptor and to optimize two essential parameters: the morphology of the mixture and the absorption spectrum of the active layer. For this purpose, the functionalization of these complexes is an essential step for grafting them on polymer. The synthesis and characteristics of dissymmetrical thioalkyle complexes are described. Among these complexes, the molecules containing a single thioalkyle functionalized [SR = C6H12OH and SR = C5H10NHBOC] allow their grafting onto a polymer donor (collaboration with the LCPO). Photoluminescence studies performed in solution show that photo-induced energy transfer occurs between the polymer and the grafted complex acting thus as a potential acceptor. However, the initial tests on prototype cell suggest the insulating role of alkyl chains that prevent the charge transfer in thin film. To encourage further electronic transfers with the donor polymer, we decided to continue this work using complexes where we introduced the phenyl rings at the periphery of bis-dithiolene core. Several synthetic routes were developed; in which the metathesis reaction has proved most effective. The results show that the complexes absorb between 800 and 1010 nm. The electrochemical analyses give rise to their HOMO and LUMO levels. We further show that it is possible to predict the electronic characteristics of the complex, knowing those of the parents molecules involved in metathesis reaction.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (158 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 150-158

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0136
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