Synthèse de nouveaux semi-conducteurs organiques par arylation directe

Synthesis of new organic semiconducteurs by direct arylation

• Auteur / Autrice : Jérémie Grolleau
• Direction : Pierre Frère, Stéphanie Legoupy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 25/11/2016
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MOLTECH-Anjou (Angers ; 2004-....) - Institut des Sciences et Technologies Moléculaires d'Angers (MOLTECH ANJOU) / MOLTECH ANJOU
• Jury : Président / Présidente : Annie-Claude Gaumont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Gohier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Prim, François Tran-Van

Mots clés

Mots clés contrôlés

Benzofurane

Thiophène

Arylation

Cellules solaires organiques

Petites molécules

Mots clés libres

Emission induite par agrégation

Organic semiconducteur

Organic photovoltaics

Direct arylation

Substitued thiophene

Aggregation-Induced emission

Benzofuran

Résumé

Les recherches sur le photovoltaïque organique depuis une dizaine d’année ont permis une constante progression de l’efficacité des cellules solaires. Plusieurs groupes de recherche ont amorcé une réflexion sur les procédés de synthèse qui permettraient de limiter les déchets. Ainsi le couplage par arylation directe qui évite l’utilisation de dérivés organométalliques a émergé comme alternative au couplage organométallique classique. Une première partie est consacrée à l’étude méthodologique du couplage par arylation directe de la triphénylamine avec des dérivés du thiophène-2- carboxaldéhyde substitués en C3 et C4 par des groupements électro-accepteurs et électro-donneurs. Ce motif de base permet l’accès à trois séries de petites molécules par simple condensation. Des cellules photovoltaïques atteignant des rendements de photo-conversion de 3% en cellules bicouches, ont été obtenues. Dans une deuxième partie, la polymérisation par arylation directe sur des monomères du thiophène substitué par des groupements nitriles comme accepteur et des groupements alcoxy ou thioalkyl comme donneur conduit en une seule étape à une nouvelle famille de polymères conjugués. Ces polymères ont été utilisés comme matériaux donneurs et accepteur dans des cellules. Enfin en dernière partie, un travail exploratoire sur les propriétés d’émission de dérivés du benzofurane a été entrepris. Des réactions de condensation de Knoevenagel ont été développées pour obtenir toute une série de dérivés contenant l’unité cyano-vinylbenzofurane. La plupart des composés présente une forte émission à l’état solide.

Research on organic photovoltaics over a decade allowed a steadily increasing in the efficiency of solar cells. Several research groups have begun a reflection on the synthesis processes to limit wastes. Thus the direct arylation coupling which avoids the use of organometallic compounds, has emerged as an example of green reaction. The first part is devoted to the methodological study of direct arylation of bromotriphenylamine with thiophene-2-carboxaldehyde derivatives substituted in C3 and C4 by electron-withdrawing groups and electron-donor groups. This basic pattern allows access to three small molecules by condensation. Photovoltaic cells reaching photoconversion efficiencies of 3% were obtained. In the second part, the polymerization by direct arylation of sustituted thiophene monomers by nitrile groups as the acceptor and by alkoxy or thioalkyl as the donor led in one step to a novel family of conjugated polymers having donor and acceptor groups alternately. Solar cells were made with the polymers as donors or as acceptors materials. Finally, in the last part, exploratory work on the emission properties of benzofuran derivatives have been made. Knoevenagel condensations have been developed for a range of compounds containing the cyano-vinylbenzofuran unit. Most compounds have high emission in the solid state.