Assemblages moléculaires dérivés du fullerène C60 et du pérylène : principe d'une antenne collectrice de lumière pour la conversion photovoltaïque

Molecular systems derived from fullerene C60 and perylene : the principle of light-harvesting antenna for photovoltaic conversion

• Auteur / Autrice : Jérôme Baffreau
• Direction : Piétrick Hudhomme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Angers
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MOLTECH-Anjou (Angers ; 2004-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Transfert d'énergie

Photophysique

Matériaux organiques

Fullerènes

Résumé

Les nouvelles technologies de l’énergie sont au cœur d’une intense activité de recherche pour apporter des solutions à une croissance importante de la consommation énergétique et à l’épuisement inéluctable des énergies fossiles. Parmi les différentes technologies identifiées à ce jour, le photovoltaïque plastique est une alternative en raison de la mise en forme facile et du faible coût de production des matériaux organiques. Néanmoins, les matériaux actuels les plus intéressants présentent comme inconvénient de ne pas couvrir suffisamment le spectre d’émission solaire. L’objectif de cette thèse a consisté à développer des nouveaux assemblages moléculaires dérivés de l’accepteur d’électron fullerène C60 en y accrochant un pigment organique dérivé du pérylène jouant le rôle d’antenne collectrice de lumière grâce à un transfert d’énergie. La première partie de ce travail concerne la synthèse et l’étude de dyades associant C60 au pérylènediimide. Les propriétés électrochimiques ont montré que la nature de la fonctionnalisation sur le cœur pérylène permet de moduler les propriétés électroniques. Les études photophysiques sont démontré la viabilité du concept de l’antenne. Ces dyades onté été incorporées dans des cellules photovoltaïques de type réseaux interpénétrés. La seconde partie concerne l’étude de dyades associant C60 au pérylènemonoimide, avec le C60 jouant sans ambiguïté le rôle de meilleur accepteur et de transporteur d’électrons et le pérylènemonoimide jouant uniquement le rôle d’antenne.

Increasing interest in finding new renewable energy sources has lead scientists to search for less expensive and more effective solar cells. Organic materials seem to be an alternative with the development of plastic photovoltaic devices. Nevertheless, materials now used in this respect present the disadvantage to cover a relativity low part of the solar emission spectrum. The aim of this thesis was to develop new molecular derivatives of the electron acceptor C60 fullerene with enhanced absorption properties thanks to an organic dye from the perylene series. This one will act as a light-harvesting antenna thanks to an energy transfer towards C60. The first part of the thesis deals with the synthesis of C60-perylenediimide dyads. It was demonstrated that electronic properties can be tuned by molecular engineering around the perylenediimide core. Photophysical studies have validated the antenna concept and these dyads have been incorporated in heterojunction photovoltaic devices. The second part of this work is focused on the synthesis of C60-perylenemonoimide dyads with C60 acting as the best electron acceptor and charge carrier and the dye acting as the light-harvesting antenna.