Design, synthesis and integration of low band gap silylated chromophores for the stabilization of organic electronics devices
Conception, synthèse et intégration de chromophores silylés à faible bande interdite pour une stabilisation des dispositifs de l’électronique organique
Résumé
The objective of this work was to stabilize the active layer of organic solar cells. Indeed, the latter is constituted by an electron donor (D) and an electron acceptor (A). to obtain optimized performances, a phase segregation between the donor and the acceptor need to be set-up. In this case, the charge separation and charge collection are ideal. However, this nanophase segregation is usually not thermodynamically stable. As an example, certain fullerene derivatives when used as an acceptor can diffuse into the layer to form microcrystals which cause photovoltaic conversion efficiencies to drop. It is therefore necessary to stabilize the morphology of this active layer. Very recently, a strategy of crosslinking has been developed by the scientific community. This approach avoids the migration of species by creating an A-A, D-A or D-D network. In this context, we took advantage of organosilicas. The three-dimensional hybrid network, resulting from the hydrolysis-polycondensation of silsesquioxane precursors, allowed us to envisage the three approaches. In a first step, the syntheses and studies of the physicochemical properties of silylated donors and acceptors were carried out.In a second step, these precursors were introduced into solar cells which did not show the performances and the expected stabilities after the hybrid network was formed.Finally, the silylated donor has been exploited in field effect transistors which show interesting performances and exceptional thermal stabilities. In addition, the latter offer the possibility of being immersed in various solvents.
L’objectif de ce travail a été de stabiliser la couche active des cellules solaires organiques. En effet, celle-ci est constituée d’un donneur (D) et d’un accepteur d’électrons (A) et pour que les performances du dispositif soient optimales, une ségrégation de phase entre le donneur et l’accepteur doit être mise en place. Dans ce cas, la séparation et la collecte des charges sont idéales. Toutefois, cette nano-ségrégation de phase n’est généralement pas thermodynamiquement stable. A titre d’exemple, certains dérivés du fullerène lorsqu’ils sont utilisés en tant qu’accepteur peuvent diffuser dans la couche pour former des microcristaux qui font chuter les rendements de conversion photovoltaïques. Il est donc nécessaire de stabiliser la morphologie de cette couche active. Très récemment, une stratégie de réticulation de la couche active a été développée par la communauté scientifique. Cette approche permet d’éviter la migration des espèces en créant un réseau A-A, D-A ou D-D.Dans ce contexte, nous avons tiré avantage des organosilices. Le réseau hybride tridimensionnel, issu de l’hydrolyse-polycondensation de précurseurs de silsesquioxanes, nous a permis d’aborder les trois approches. Dans un premier temps, la synthèse et l’étude des propriétés physicochimiques de donneurs et d’accepteurs silylés ont été réalisés.Dans un deuxième temps, ces précurseurs ont été introduits au sein de cellules solaires qui n’ont pas montré les performances ni les stabilités attendues après mise en place du réseau hybride.Finalement, le donneur silylé a été valorisé en tant que transistors à effet de champ qui montrent des performances intéressantes et des stabilités thermiques exceptionnelles. En outre, ces derniers offrent la possibilité d’être immergés dans différentes solvants.
Origine : Version validée par le jury (STAR)