Synthesis and characterization of conjugated molecules for organic photovoltaic
Synthèse et caractérisation de molécules conjuguées pour le photovoltaïque organique
Résumé
Conjugated systems are currently developed for their semi-conducting properties which can be used for the elaboration of electronic devices. This work focuses on the synthesis and the characterization of conjugated molecules as molecular donors for photovoltaic (PV) cells. After an introduction describing the principle of PV conversion and the different classes of active materials, it is shown that conjugated systems can represent an alternative to inorganic materials. A state of the art presents the main molecular structures leading to efficient PV cells. During this work, different approaches leading to molecular electron donor materials for PV cells have been developed. The first one is based on oligothiophenes showing a two-dimensional structure (Chapter 2). It is shown that desymmetrization of these systems or insertion of electron-accepting units leads to an improvement of the performances of the related solar cells. A second approach deals with the synthesis of new donor-acceptor (D-A) and donor-acceptor-donor (D-A-D) conjugated systems. The electron donor groups D consist of oligothienyl triarylamine derivatives. The originality of this work lies in the use of tetracyanobutadiene (Chapter 3) and indenothiophenyl malononitrile (Chapter 4) as electron-accepting units A. PV devices of simple architecture elaborated with these molecular donors have shown good performances.
Les systèmes conjugués sont actuellement très développés pour leur caractère semi-conducteur qui peut être mis à profit pour l'élaboration de composants électroniques. Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de molécules conjuguées pour une utilisation dans des cellules photovoltaïques (PV). Après une introduction générale décrivant le principe de la conversion PV et les différentes classes de matériaux actifs, l'accent est mis sur les systèmes conjugués qui représentent une alternative aux matériaux inorganiques. Un état de l'art présente les principales structures moléculaires conduisant à des cellules PV performantes. Au cours de ce travail, différentes approches conduisant à des matériaux moléculaires donneurs d'électron ont été développées. La première est basée sur l'utilisation d'oligothiophènes de structure bidimensionnelle (chapitre 2). Ce travail a montré que la désymétrisation de ces systèmes ou bien l'insertion d'unités acceptrice d'électron en leur sein conduisait à une amélioration des performances des cellules PV correspondantes. Une seconde approche a consisté à développer la synthèse de nouveaux systèmes conjugués donneur-accepteur (D-A) et donneur-accepteur-donneur (D-A-D). Les groupes donneurs d'électrons D sont constitués de dérivés d'oligothiényl triarylamine. L'originalité de ce travail réside dans l'utilisation de blocs accepteurs A dérivés du tétracyanobutadiène (chapitre 3) ou d'indénothiophénylidène malononitrile (chapitre 4). Des dispositifs PV d'architecture simple réalisés à l'aide de ces nouveaux matériaux moléculaires ont conduit à des performances élevées.
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