Synthèse de matériaux moléculaires pour la conception de cellules solaires photoélectrocatalytiques

Synthesis of molecular materials for the design of photoelectrocatalytic solar cells

• Auteur / Autrice : Yousra Bentounsi
• Direction : Fabrice Odobel, Stéphane Diring
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale et industrielle
• Date : Soutenance le 25/01/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie Et Interdisciplinarité : Synthèse, Analyse, Modélisation (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Hirsch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Renaud Demadrille, Fabrice Goubard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Transport d'électrons

Photosynthèse artificielle

Mots clés libres

Dicétopyrrolopyrrole

Résumé

L’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle méthode de stabilisation et de post-fonctionnalisation des systèmes moléculaires à la surface de semi-conducteur mésoporeux de type p (p-SC ; NiO) et de type n (n-SC ; TiO2) afin d’élaborer des Dye-Sensitised Solar Cells (DSSCs) dans le but d’améliorer les performances de celles-ci. Pour accomplir cela, nous avons synthétisé des colorants dicétopyrrollopyrrole (DPP) fonctionnalisés qui ont fait ensuite l’objet d’une réticulation thermique via la réaction click de Huisgen en présence d’un agent de réticulation non-fonctionnel après leurs chimisorption à la surface d’un SC. Les cellules obtenues présentent une stabilité supérieure aux cellules non réticulés, tout en conservant leurs propriétés photovoltaïques initiales et sans que le processus de réticulation n’ait un effet négatif sur la dynamique de transfert de charge au sein de ces cellules. Par ailleurs, un naphtalène diimide (NDI) a été introduit comme accepteur d’électron, via la même stratégie, sur une photocathode sensibilisée. L’étude des propriétés photo-physique liée aux mesures photovoltaïques ont montré que le transfert d’électron à travers un lien triazole est efficace. Enfin, nous avons étendu ce concept d’ingénierie moléculaire vers une méthode qui permet l’assemblage d’un système tri- composants pour la fabrication de dispositifs plus complexes.

The aim of this thesis is to develop a new stabilization and post-functionalization approach of molecular systems at the surface of p and n-type mesoporous semiconductors (p-SC; NiO and n-SC; TiO2) in order to elaborate Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs) and improve their performance. Toward this objective, we have synthesized a functionalized diketopyrrollopyrrole (DPP) dyes which were then subjected to thermal crosslinking via the Huisgen click reaction in the presence of a non-functional crosslinking agent after their surface chemisorption on SC. The cells obtained exhibit greater stability than uncrosslinked cells, while conserving their initial photovoltaic properties and without the crosslinking process having a negative effect on the charge transfer dynamics within these cells. Furthermore, a naphthalene diimide (NDI) was introduced as an electron acceptor, via the same strategy, on a sensitized photocathode. The study of photo-physical properties coupled with photovoltaic measurements showed that the transfer of electrons through triazole is efficient. Finally, we have extended this concept of molecular engineering to a method that allows the assembly of a three-component system for the manufacture of more complex devices.