Preparation and characterization of organic solar cells based on novel class of active materials
Elaboration et caractérisation de cellules solaires organiques à base de nouvelles classes de matériaux actifs
Résumé
This work deals with the preparation and characterization of organic solar cells based on novel classes of soluble molecular donors. The first chapter is devoted to the study of bulk heterojunction organic solar cells based on poly(3-hexylthiophene) and a soluble derivative of fullerene C60. This type of device is used as a model system to analyze the various experimental parameters involved in the fabrication and optimization of organic solar cells. The experimental procedures defined on the basis of these studies have been subsequently applied to the evaluation of two classes of molecular donors namely diketopyrrolopyrrole (DPP) and boron dipyrromethene (BODIPY). The work on DPP-based donors involved the fabrication of various series of bilayer and bulk heterojunction solar cells. The results of these investigations have led to interesting performances and to a better understanding of structure-properties relationships in this family of molecular donors. The last part of this work concerned the study and realization of solar cells based on an original class of molecular donors derived from BODIPY. The characterization of the electronic properties of different families of BODIPYs as well as the preparation and study of several series of solar cells have led to important progress, and power conversion efficiencies among the highest reported so far for molecular BHJ solar cells based on soluble C60 derivative have been obtained. Furthermore, first evidences of cooperative effects in molecular BHJ using multiple donors have also been presented.
Ce travail porte sur l'élaboration et la caractérisation de cellules solaires organiques à base de nouvelles classes de matériaux donneurs dérivés de petites molécules solubles. Une première phase de ce travail a été consacrée à l'étude des cellules de type hétérojonction volumique à base de poly(3-hexylthiophène) et d'un dérivé soluble du fullerène C60, le PCBM. Le nombre considérable de travaux déjà publiés sur ces dispositifs en ont fait un système modèle particulièrement approprié à l'étude des différents paramètres expérimentaux impliqués dans la fabrication de ce type de cellules et à leur optimisation. Les protocoles expérimentaux définis sur la base de ces études ont été ensuite appliquées à l'évaluation de deux nouvelles classes de donneurs moléculaires à base du dicétopyrrolopyrrole (DPP) et de dipyrrométhène de bore (BODIPY). Les travaux sur les donneurs dérivés du DPP ont porté sur la réalisation de différentes séries de cellules solaires à hétérojonction planaire et volumique et les résultats obtenus ont permis à la fois d'atteindre des performances intéressantes et de progresser dans la compréhension des relations structure-propriétés dans cette famille de donneurs moléculaires. La dernière partie de ce travail concerne la réalisation et l'étude de cellules solaires à partir d'une classe originale de donneurs moléculaires dérivés du BODIPY. La caractérisation des propriétés électroniques de différentes familles de bodipys ainsi que la fabrication et l'étude de plusieurs séries de cellules solaires ont conduit à des avancées importantes et des rendements parmi les plus élevés obtenus jusqu'à présent sur des BHJ moléculaires à base d'accepteur dérivé du C60 ont été obtenus. Par ailleurs ces travaux ont permis de mettre pour la première fois en évidence des effets coopératifs dans des BHJ moléculaires utilisant des donneurs multiples.
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