Synthèse et caractérisation de nouveaux transporteurs de trous organiques et étude d'interface pour cellules solaires pérovskite

Synthesis and characterization of new hole transporting materials and interface study for perovskite solar cells

• Auteur / Autrice : Zeinab Kadi
• Direction : Bruno Schmaltz, Marwan Kobeissi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/07/2021
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physico-Chimie des Matériaux et des Électrolytes pour l’Énergie (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Nada Jaber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Johann Bouclé, Khalil Cherry
• DOI : 10.70675/6c566e7fz6de5z4a46za048z0946e54036c7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux transporteurs de trous

Propriétés physico-chimiques

Cellules solaires polymères

Verres moléculaires

Pérovskites

Carbazole

Circuits d'interface

QSAR (biochimie)

Polymères conjugués

Mots clés libres

Transporteur de trous

Pentacène

Diméthoxyphénylamine

Molecular glasses

Hole transporting

Perovskite

Résumé

Ce travail de thèse a été consacré à la synthèse et à l’étude de nouveaux transporteurs de trous pour cellules solaires pérovskite. Lors de cette étude, il a s’agit de concevoir, synthétiser et étudier les propriétés physico-chimiques de ces matériaux. Dans un premier volet de ce manuscrit, consacré aux matériaux polymères, un nouveau monomère à base de carbazole a été synthétisé, selon une synthèse multi-étapes. Ensuite, un nouveau concept utilisant un polymère en tant que matériaux d’interface a été introduit. Il a été montré qu’en utilisant un polymère d’interface dérivé du polyvinylecarbazole associé à des HTMs de structures chimiques similaires, une amélioration des recombinaisons de charges a été constatée. Ce concept montre l’importance de la structure chimique des matériaux utilisés tout en permettant de conserver un contrôle sur les propriétés physico-chimiques. Dans un deuxième volet, des petites molécules utilisées en tant que HTMs ont été développés. Des matériaux à base de pentacène utilisant des fonctions diméthoxydiphénylamine (DMPA) ont été synthétisées dans le but d’améliorer les propriétés de transport de charges. Une étude de la relation structure/propriétés a été menée en fonction du nombre de phényles (espaceur) entre le cœur pentacène et les extrémités DMPA.

This PhD work has consisted of the synthesis and study of novel hole transporting materials for perovskite solar cells. During this study, the aim was to design, synthesize and study the physicochemical properties of these materials. In the first part of this manuscript, devoted to polymer materials, a new carbazole-based monomer was synthesized, following a multi-step synthesis. Then, a new concept using a polymer as interface material was introduced. It has been shown that by using an interface polymer derived from polyvinyl-carbazole, in combination with HTMs of similar chemical structures, an improvement in charge recombinations has been observed. This concept shows the importance of the chemical structure of the materials used in this technology and still allowing the control of the physicochemical properties. In a second part, small molecules used as HTMs were developed. Pentacene-based materials using dimethoxydiphenylamine (DMPA) moieties have been synthesized with the aim of improving the charge transport properties. A study of the structure/properties relationship was carried out as a function of the number of phenyls (spacer) between the pentacene core and the DMPA ends.