Conception, modélisation et nanostructuration de nouveaux dérivés du P3HT et composites pour la photoconversion

par Dalila Khlaifia

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Luc Duvail et de Kamel Alimi.

Le président du jury était Larbi Sfaxi.

Les rapporteurs étaient Larbi Sfaxi, Renaud Demadrille.


  • Résumé

    Ce travail de thèse s’inscrit dans le domaine en plein essor de l’Electronique Organique et Imprimée dont les domaines d’applications sont nombreux. Concernant la couche photoactive pour les dispositifs photovoltaïques, deux axes de recherche sont très actifs: (i) la conception de nouvelles molécules/polymères possédant des caractéristiques structurales et optoélectroniques améliorées (ii) la nanostructuration et l’hybridation de ces matériaux. Dans ce contexte, une première étude par modélisation a permis d’établir la relation entre structure et propriétés optiques des oligomères du 3-hexylthiophène (3HT) ainsi que celles du polymère P3HT par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), en s’appuyant sur une étude expérimentale récente de la littérature. Dans la seconde étude, de nouvelles molécules ont été modélisées à une fin de photoconversion améliorée via une stratégie de réseaux interpénétrés. Le comportement donneur-accepteur a été évalué pour six molécules à base d’entités 3HT couplées à diverses entités moléculaires puis associées au dérivé du fullerène PC61BM. L’objectif poursuivi est double : accroitre la gamme spectrale d’absorption et ajuster les niveaux d’énergie avec ceux du PC61BM. Parallèlement, une étude expérimentale de nanofibres composites P3HT-SWNT (nanotubes de carbone mono-parois) a été menée. Les effets de la nanostructuration par méthode template sur la structure et les propriétés optiques ont été déterminés, d’une part pour le P3HT regio-régulier, d’autre part pour le composite P3HT-SWNT. Une organisation remarquable des SWNT induite par l’orientation préférentielle des chaînes de P3HT dans les nanofibres a en particulier été obtenue.

  • Titre traduit

    Design, modeling and nanostructuration of new derivatives of P3HT and composites for photoconversion


  • Résumé

    This PhD work deals with Organic and Printed Electronics in relation with photovoltaics. Concerning the photoactive material of photovoltaic devices, two ways of research and development are much investigated: (i) design of new molecules/polymers with improved structural and optoelectronic characteristics, (ii) nanostructuration and hybridization of such materials. In this context, a first study focused on establishing the relationship between the structure and the optical properties of 3-hexylthiophene (3HT) oligomers and the corresponding polymer P3HT with a modeling approach by the density functional theory (DFT). This study was supported by experimental results reported recently in the literature. In a second study, new molecules have been designed and modeled with a target of improved photoconversion by using an interpenetrating network. The donor-acceptor behaviour was evaluated for six new molecules based on 3HT entities coupled to different molecular species and then associated to PC61BM, a fullerene derivative. The purpose was double: to increase the spectral range of absorption and to optimize the energy levels with those of PC61BM. At the same time, composite nanofibers of P3HT and single-walled carbon nanotubes (SWNT) were investigated experimentally. The effects of the nanostructuration on the structure and the optical properties by a melt-assisted template strategy have been determined on pure regio-regular P3HT and on composite P3HT-SWNT. A remarkable organization of the SWNT has been identified and attributed to a combined effect of the strong orientation of P3HT chains along the nanofibers, altogether with the self-assembly of SWNT with polymer chains.


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