Thèse soutenue

Matériaux transporteurs de trou pour les cellules solaires à base de pérovskite : de l'ingénierie moléculaire à leur intégration au dispositif
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Auteur / Autrice : Thybault De Monfreid
Direction : Fabrice GoubardThanh-Tuan Bui
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie - Cergy
Date : Soutenance le 12/12/2022
Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPPI - Laboratoire de physico-chimie des polymères et des interfaces
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Goubard, Thanh-Tuan Bui, Zhuoying Chen, Frédéric Dumur, Thierry Pauporté, François Tran-Van
Rapporteurs / Rapporteuses : Zhuoying Chen, Frédéric Dumur

Mots clés

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Résumé

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Le but de cette thèse est de concevoir des matériaux organiques transporteurs de trous (HTM) et de les appliquer dans des cellules solaires pérovskites (PSC) afin de caractériser leurs performances. Deux familles de matériaux innovants ont été conçus et étudiés. Les molécules choisies ont pour point commun de posséder des éléments de structures planaires dans le but d'obtenir des systèmes π étendues dans le matériau formé.La première étude consiste en la conception et la synthèse de molécules organiques de type nanographène (ou graphène moléculaire). Quatre composés de ce type ont été isolés et caractérisés et s'avèrent posséder des propriétés physico-chimiques adéquats pour leur emploi comme HTM. Sans dopant, on obtient des performances modérées, mais, grâce à l'introduction d'additifs et l'optimisation des conditions de dépôts, des rendements énergétiques (PCE) supérieurs à 18% ont été obtenus pour trois des composés étudiés. Les mesures de mobilité de trous et de photoluminescence permettent d'expliquer les bonnes performances des matériaux tandis que les différences entre les résultats photovoltaïques permettent de discuter de la fonctionnalisation choisie des arylamines terminales.La seconde étude concerne la caractérisation d'une famille de nouveaux HTM possédant une unité centrale accepteuse d'électrons commune, le thieno[3,4-c]pyrrole-4,6(5H)-dione. Trois molécules ont été synthétisées puis employées comme HTM pour la conception de cellules solaires pérovskites. A partir des performances obtenues, une optimisation et une caractérisation plus approfondie d'un des composés et leur application dans des dispositifs PSC a également été réalisé. Grâce à l'ingénierie de l'interface pérovskite/HTM en introduisant une couche de passivation adaptée, un gain en performance est accompli. De plus, la mise en évidence d'un mécanisme de diffusion ralentie des ions Li+ avec l'HTM démontre de la stabilité thermique accrue des PSC résultants. Un PCE maximum de 21,98% est atteint et conservant 86% de son efficacité initiale après un vieillissement de plus de 1000h à 85° C.