Composites pour la conversion photovoltaïque élaborés par génération in situ de TiO2 en film mince de Poly (N-vinylcarbazole)

TiO2 : poly (N-vinylcarbazole) thin films elaborated from titanium dioxide precursor for photovoltaic conversion

• Auteur / Autrice : Vincent Barlier
• Direction : Joël Davenas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Nanotechnologie

Diodes

Couches minces

Oxyde de titane

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la réalisation de couches minces composites TiO2 :poly(N-vinylcarbazole) (PVK) et sur leur utilisation comme système accepteur:donneur d’électrons dans des diodes photovoltaïques. Des couches minces TiO2 :PVK, obtenus à partir d’une solution de polymère dans laquelle est dispersée des nanoparticules de TiO2, ont tout d’abord été étudiés montrant les limites de la nanostructuration par ce procédé traditionnel d’élaboration. Une voie originale fut alors explorée consistant à utiliser des alkoxydes de titane en remplacement des particules de TiO2 afin de générer in situ, par réactions d’hydrolyse-condensation, une phase de TiO2 mixée à l’échelle nanométrique avec le polymère. Afin d’améliorer la miscibilité entre la phase organique et la phase inorganique, un nouveau précurseur de TiO2 possédant une structure moléculaire proche du motif répétitif du polymère a été synthétisé : le tétrakis (9H-carbazole-9-yl-ethyl-oxy) de titane. Ce nouveau matériau a permis l’élaboration de réseaux interpénétrés TiO2:PVK possédant une meilleure nanostructuration qu’avec un alkoxyde de titane usuel comme l’isopropoxyde de titane. L’influence de la nature des ligands sur la réactivité du précurseur de TiO2 ainsi que sur les propriétés photoélectriques fut alors discutée, montrant l’étroite interdépendance entre la morphologie des couches minces et les propriétés photovoltaïques des cellules

This study focuses on the elaboration of TiO2:poly(N-vinylcarbazole) (PVK) thin films and on their applications as acceptor:donor systems in photovoltaic devices. First, thin films elaborated from a dispersion of TiO2 nanoparticles in a solution of PVK were studied highlighting the limits of this route on the nanostructuration. Then an original approach based on in situ generation of TiO2 in polymer thin film from hydrolysis-condensation reactions of titanium alkoxide was investigated. To increase the miscibility between organic and inorganic phases, a new synthesized TiO2 precursor bearing ligands close to the repetitive units of the polymer was used: titanium tetrakis (9H-carbazole-9-yl-ethyl-oxy). This new TiO2 precursor allows obtaining TiO2:PVK interpenetrating network more homogeneously mixed than those elaborated from a more classical TiO2 precursor as titanium isopropoxide. Influence of the nature of ligands was discussed as well on the reactivity of titanium alkoxides as the photoelectric properties of the photovoltaic devices