Semi-conducteurs organiques [pi]-conjugués pour l'élaboration de dispositifs photovoltaïques hybrides solides à colorant

Organic hole transporting materials for solid state DSSC

• Auteur / Autrice : Saint-Martial Degbia Wangata
• Direction : François Tran-Van, Bruno Schmaltz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, spécialité Chimie-physique
• Date : Soutenance le 15/12/2014
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physico-Chimie des Matériaux et des Électrolytes pour l’Énergie (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Blanchard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Johann Bouclé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Claude Leprêtre, Éric Cloutet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arylation

Pérovskite

Polymères organométalliques

Polyélectrolytes

Photopiles

Piles à électrolyte solide

Trous (électronique)

Semiconducteurs

Carbazole

Mots clés libres

Verre moléculaire

DSSC solide

Carbazole 3

Carbazole 6

Carbazole 9

Bis(4-méthoxyphényl)amines

Molecular glasses

Carbazole moieties

SsDSSC

Résumé

Ce travail a consisté à élaborer de nouveaux verres moléculaires transporteurs de trou dérivés du carbazole pour remplacer le spiro-OMeTAD (matériau de référence) dans les cellules solaires hybrides à colorant tout solide. Nous avons synthétisé différents dérivés du carbazole 3, 6, 9 substitués, établi leurs principales propriétés physico-chimiques et les avons utilisés en DSSC solide. Nous avons mis en évidence l'intérêt de greffer des groupements bis(4-méthoxyphényl)amines en positions 3, 6 et des aryles en position 9 du carbazole pour obtenir des matériaux performants. Finalement, cette structure type établie a permis de développer un concept innovant de synthèse de dérivés de carbazole ouvrant la voie à l'élaboration d'une large famille de verres moléculaires et permettant la préparation aisée de structures complexes performantes dans les DSSC solide. Nos meilleurs matériaux ont donné, en dispositifs sans optimisation, des performances comparables à celles du spiro-OMeTAD permettant d'entrevoir à terme la préparation de dispositifs à sensibilisateur pérovskite de rendements supérieurs à 15%

The aim ot this work has been to prepare new hole transporting molecular glasses based on carbazole moieties as an alternative to spiro-OMeTAD (standard material) in solid state dye sentitized solar cells (ssDSSC). We have synthesized several 3, 6, 9 substituted carbazole derivatives and have established their physical and chemical properties prior using them in photovoltaic devices. We have demonstrated the interest of grafting functional groups as bis(4-methoxyphenyl)amines on 3, 6 positions and aryl substitutes on the 9 position of carbazole to obtain efficient materials. Finally, this latter chemical structure has been used as a building block to develop an innovative concept of synthesis of carbazole based materials, smoothing the way to easy synthesis of a wide family of efficient molecular glasses for ssDSSC. Our best materials exhibit similar power conversion efficiency compare to the standard spiro-OMeTAD. According to these preliminary results, we expect reaching power conversion efficiencies over 15% with our carbazole based hole transporting materials associated with peroskite sensitizer.