Synthèse et étude de chromophores organométalliques pour cellules solaires hybrides à colorant et à hétérojonction volumique

Synthesis and study of organometallic chromophores for hybrid dye-sensitized and bulk-heterojunction solar cells

• Auteur / Autrice : Camille Bertrand
• Direction : Céline Olivier, Thierry Toupance
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 18/12/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Hirsch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Olivier, Thierry Toupance, Lionel Hirsch, Johann Bouclé, Fabrice Odobel, Christine Dagron-Lartigau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Johann Bouclé, Fabrice Odobel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés organométalliques

Ruthénium

Chromophores

Conversion photovoltaïque

Cellules solaires à colorant

Mots clés libres

Cellules solaires

Conversion photovoltaïque

Chromophores

Complexes organométalliques

Ruthénium

Cellules solaires à colorant

Cellules solaires à hétérojonction volumique

Bimétallique

Solar cells

Photovoltaic conversion

Chromophores

Organometallic complexes

Ruthenium

Dye sensitized solar cells

Bulk-heterojunction solar cells

Bimetallic

Résumé

La production durable d’énergie et la recherche d’alternatives aux sources non renouvelables font l’objet d’un grand intérêt à l’heure actuelle. Le principal objectif de cette thèse était de synthétiser et étudier de nouveaux complexes organométalliques à base de Ru-acétylure, puis évaluer leurs propriétés photovoltaïques dans des cellules solaires hybrides à colorant et organique à hétérojonction volumique. Des complexes bimétalliques dissymétriques ont été développés afin d’obtenir des chromophores à absorption panchromatique, en bénéficiant d’une structure « push-pull » et du motif [Ru(dppe)2] comme excellent relai d’électron. En parallèle des complexes symétriques à un ou deux centres métalliques ont été développés, ceux-ci ont ensuite été intégrés à des cellules solaires organiques à hétérojonction volumique. Lors de cette étude, chaque dispositif a fait l’objet de différentes étapes d’optimisations dans le but d’améliorer les transferts de charges en améliorant la morphologie de la couche active. Les principales méthodes d’optimisations appliquées ont consisté à réaliser des traitements par « solvent vapor annealing », ajouter des additifs structurants et utiliser le colorant dans une matrice polymère dans un dispositif à mélange ternaire.

Today the sustainable energy production and research for alternatives to non-renewable sources attract a lot of interest. The aim of this PhD research was to synthetize and study new organometallic complexes Ru-diacetylide based, then to characterize their photovoltaic properties in hybrid dye-sensitized and organic bulk-heterojunction solar cells. To obtain panchromatic chromophores, asymmetric bimetallic complexes have been designed using [Ru(dppe)2] unit as excellent electron relay in a “push-pull” structure. In parallel, symmetric complexes have been developed with one or two metallic centres, and then they have been integrated to organic bulk-heterojunction solar cells. For this study, each device has been optimized through different steps, in order to improve charges transfers by improving morphology of the active layer. The main methods of optimization applied consisted of application of “solvent vapor annealing” treatment, addition of structure additives and addition of the dye in polymer matrix, in ternary molecules blend device.