Modélisation multi-échelle de polymères conjugués pour le photovoltaïque organique : confrontation expérience / théorie

Multiscale modelling of conjugated polymers for organic photovoltaic : experiment / theory confrontation

• Auteur / Autrice : Marc-Alexandre Dimitri Arnaud
• Direction : Didier Bégué
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-Physique
• Date : Soutenance le 11/09/2013
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Graphène

Polymères -- Détérioration

Chimie quantique

Polymères conjugués

Systèmes photovoltaïques

Mots clés libres

Photovoltaïque organique

Polymère « low band gap »

Modélisation quantique

Stabilité photochimique

Hexabenzocoronène.

Organic photovoltaics

« low band gap » polymer

Quantum modelling

Photochemical stability

Hexabenzocoronene

Résumé

Ce travail de recherche prédictive, couplé à des synthèses expérimentales, a pour but d'anticiper la bonne adéquation entre un nouveau polymère donneur de type P3HT et un composé accepteur innovant à base de graphène. Cette étude a notamment porté sur i) la bande d'absorption du polymère donneur « low band gap », ii) sa robustesse face à la dégradation (cristallinité, résistance à l'oxydation), iii) la modulation des propriétés électroniques d'un dérivé de graphène (accepteur) en adéquation avec le donneur. Les résultats montrent que les polythiophènes ayant un substituant éther OR permettent l'amélioration de la conjugaison, de la rigidité, de la cristallinité et de la photostabilité tout en étant électroniquement compatible avec l'hexabenzocoronène fonctionnalisé (acide caorboxylique). De plus, ce nouvel accepteur sera pleinement compatible avec une électrode de graphite grâce à sa prédisposition à l'empilement colonnaire.

This predictive research work, combined with an experimental study, aims at anticipate the behavior of a new donor :acceptor pair constituted by a P3HT-type of polymer and an innovative graphene-based acceptor material (HBC). This study is particularly interested in i) the absorption band of the donor (a « low band gap » polymer) and ii) its resistance towards degradation (cristallinity, oxidation stability), and finally iii) the modulation of the electronic properties of the acceptor, in keeping with those of the donor. Results show that polythiophenes grafted with an –OR group improve both conjugation, rigidity, cristallinity and photostability, in addition to their great electronic compatibility with functionalized HBCs. Besides, this new acceptor material will be fully compatible with a graphite electrode, thanks to its columnar structuration.