Synthèse et étude d'azaacènes comme accepteurs non-fullerène pour le photovoltaïque organique

Synthesis and studies of azaacenes as non-fullerene acceptors for organic photovoltaics

• Auteur / Autrice : Bruno Salgues
• Direction : Frédéric Fagès, Laurent Commeiras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Chimiques
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM) - Institut des sciences moléculaires de Marseille (ISM2)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Feray
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Serein-Spirau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Toupance, Virginie Mouriès-Mansuy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transistors à effet de champ

Photophysique

Intermédiaires réactionnels (chimie)

Cellules solaires organiques

Mots clés libres

Photovoltaïque organique

Accepteur non-Fullerène

Azaacène

Organic photovoltaics

Non-Fullerene acceptor

Azaacene

Résumé

Les cellules photovoltaïques organiques sont un sujet de recherche particulièrement actif, tant pour la conception et la fabrication de nouvelles cellules que pour la recherche de nouveaux matériaux semi-conducteurs. En effet, ce type de cellule solaire n'a émergé que tardivement, et leurs progrès en terme d'efficacité ont été fulgurants ces dernières années.Porté par deux équipes de recherche de l'Institut des Sciences Moléculaire de Marseille (iSm2) et du Centre Interdisciplinaire des Nanomatériaux de Marseille (CINaM), notre projet combine leurs compétences en chimie de synthèse, photophysique et chimie des matériaux afin de synthétiser et étudier de nouveaux accepteurs non-fullerène (NFA) pour une utilisation comme matériau semi-conducteur dans le photovoltaïque organique. Les composés ciblés ont été les bisindénone-azaacènes, qui ont été retenus pour leur caractère accepteur d'électron, leurs propriétés de transport de charge à l'état solide, et leur bonne stabilité.Au cours de ce projet, deux familles de bisindénone-azaacènes ont été étudiées : les bisindénone-anthrazolines (BIDAs) et les bisindénone-tétraazaacènes (BITAs), qui diffèrent structurellement par leur cœur azaacène. Un effort particulier a été fait pour obtenir des molécules solubles permettant une utilisation dans des dispositifs fabriqués par voie liquide. Les propriétés photophysiques de chaque nouvelle molécule ont été caractérisées. Puis, lorsque cela a été possible, des transistors à effet de champ ainsi que des cellules solaires ont été fabriqués à partir de ces composés afin de confirmer leur potentielle application.

Organic photovoltaic cells are a very active research topic, both regarding the fabrication of new devices and the elaboration of new semi-conductor materials. Indeed, this kind of solar cells came out relatively late, and the progress of their efficiency has been impressive during last decades.Shared with our two teams in the ''Institut des Sciences Moléculaire de Marseille'' (iSm2) and the ''Centre Interdisciplinaire des Nanomatériaux de Marseille'' (CINaM), our project combines both knowledge in synthetic chemistry, photophysics analysis and material science. In the frame of this project, new non-fullerene acceptors (NFA) were synthetized and studied for an application as semi-conductor material in organic photovoltaics.Target compounds are bisindenone-azaacenes, which are known for their good electron acceptor nature, charge transport properties and stability.During this project, two class of bisindenone-azaacenes have been studied: the bisindenone anthrazolines (BIDAs) and the bisindenone-tetraazaacenes (BITAs). The main difference between those is the number of nitrogen atoms in their aromatic core. A specific effort has been conducted to obtain soluble molecules that could be easily used in devices using a liquid deposition by spin-coating for example.Optoelectronic properties of each new molecule have been characterized. Then, field effect transistors (FET) and solar cells have been fabricated when possible to confirm their potential application in organic electronics.