Matériaux à base de molécules push-pull pour le photovoltaïque organique

Push-pull-based materials for organic photovoltaics

• Auteur / Autrice : José Maria Andres Castan
• Direction : Philippe Blanchard, Clément Cabanetos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organique et Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 02/10/2020
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MOLTECH-Anjou (Angers ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MOLTECH-Anjou
• Jury : Président / Présidente : Eléna Ishow
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carsten Deibel, Angela Sastre-Santos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chantal Andraud, Renaud Demadrille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colorants -- Chimie

Électronique organique

Synthèse organique

Systèmes chimiques

Cellules solaires organiques

Mots clés libres

Photovoltaïque organique

Systèmes π-Conjugués

Benzothioxanthène imide

Organic photovoltaics

Π-Conjugated systems

Organic synthesis

Push-Pull

Organic electronics

Benzothioxanthene imide

Résumé

Les efforts continus développés dans le domaine du photovoltaïque organique (OPV) ont permis d’améliorer les rendements de photo conversion jusqu’à 18%. Cependant, une vision critique des publications met en évidence que les rendements les plus élevés sont généralement associés à une augmentation de la complexité synthétique des matériaux (donneur et accepteur) et de la procédure de fabrication. C'est la raison pour laquelle la préparation de matériaux plus simples et moins chers est si cruciale. Après un premier chapitre examinant les progrès récents en OPV, un deuxième chapitre traite de la synthèse des molécules D-π-A dérivées du Nméthyl-N-phénylthiophène-2-amine (MPTA), un groupe donneur d’électron D encore non utilisé auparavant en OPV. Une série de dérivés a été synthétisée en modulant l'espaceur π-conjugué et le groupe attracteur d'électrons A, et l'impact sur leurs propriétés optiques, électrochimiques et photovoltaïques a naturellement été étudié. Un troisième chapitre porte sur différentes approches de modification structurale d'une molécule push-pull récemment décrite dans la littérature, à savoir le TPAT-DCV-Ph. La présence du groupe phényle (Ph) terminal a conduit à une longueur de diffusion d'exciton plus élevée et ainsi à un meilleur rendement de photo conversion par rapport à la molécule pushpull de référence TPA-T-DCV. Finalement, un quatrième chapitre se focalise sur la fonctionnalisation d'un bloc prometteur et très peu exploré, le benzothioxanthène (BTXI). Ainsi, sa réactivité a été étudiée et les propriétés des nouveaux dérivés sont discutées.

The continuous efforts devoted to improving the performances in organic photovoltaics (OPV) have enhanced the photoconversion efficiencies over 18% so far. However, a critical vision of the state-of-the-art publications highlights that thehighest efficiencies are generally paired with an enhancement of the synthetic complexity of both the materials (donor and acceptor) and the fabrication procedure. That is the reason why the preparation of simpler and less expensive materials is that crucial. In this regard, after a first chapter reviewing the recent progress in OPV, a second chapter is focused on the synthesis of D-π-A molecules based on the N-methyl-N-phenylthiophen-2-amine (MPTA) electron-donor unit, which was not previously used in the field. A series of derivatives is synthesized by modulating the π-spacer and the electron-withdrawing group A and theimpact on their optical, electrochemical and photovoltaic properties is naturally investigated. A third chapter is related to the structural modification of a recently reported push-pull molecule, namely TPA-T-DCV-Ph. Its additional phenyl ring in the accepting moiety led to a higher exciton diffusion length and therefore photoconversion efficiency in comparison to the well-known TPA-T-DCV. Hence, two different structural modifications of this donor are reported. Eventually, a fourth chapter is related to the functionalization of a promising and unexplored rylene, namely the benzothioxanthene (BTXI) whose most attractive features are its low synthetic cost and outstanding optical and electrochemical properties. Thus, its reactivity is explored in a deeper level and the properties of the new derivatives are studied.