Modélisation de cellules solaires organiques à base d'accepteurs non-fullerènes.

modeling of non-fullerene-acceptors based organic solar cells.

• Auteur / Autrice : Gabriel Gomes baltazar alves
• Direction : Didier Begue, Batagin-Neto Augusto
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie polymères
• Date : Inscription en doctorat le 25/07/2022
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Université d'État Paulista Julio de Mesquita Filho - AUF
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux

Mots clés

Mots clés libres

Accepteurs non-fullerènes

Cellule solaire organique

Calculs de structure électronique

Dynamique moléculaire

Non-fullerene acceptors

Organic solar cell

Electronic structure calculations

Molecular dynamics

Résumé

La recherche de sources d'énergie durables et propres pour la production d'énergie électrique est un sujet largement débattu ces dernières décennies. Les cellules solaires organiques se distinguent par certaines de leurs propriétés, telles que: le faible coût relatif, la légèreté et la production de dispositifs flexibles. Les cellules solaires organiques les plus efficaces aujourd'hui sont celles basées sur l'hétéro-jonction volumétrique, en particulier avec des accepteurs non fulléréniques. Ces dispositifs constituaient une avancée majeure par rapport aux cellules basées sur des accepteurs à base de fullerène. Malgré toutes les études expérimentales, il existe des lacunes dans les connaissances, en particulier sur la façon dont les processus de production et de dissociation des excitons, le déplacement de charge, la structure électronique, entre autres, rendent ces matériaux meilleurs que leur version fullerène. Dans ce contexte, ce projet se prête à mener des investigations pour combler ces lacunes. Pour cela, nous comptons travailler avec les matériaux les plus prometteurs (Y6:D18, Y6:PM6), pionnier dans l'utilisation des accepteurs non-fulléniques (BZIC:HFQx-T), ainsi qu'un matériau fullerène (P3HT : PCBM), il est ainsi possible de comparer les propriétés et d'observer l'évolution de ces dispositifs. Pour mener à bien de telles études, il est destiné à combiner des études de calcul de structure électronique via DFT, des études d'évolution et d'interaction de mélange par dynamique moléculaire et des études de transport de charge via Kinetic Monte Carlo, Master Equation et Percolative Methods. Grâce à ces études, il est prévu d'obtenir des données permettant de mieux comprendre les principaux processus impliqués dans ces dispositifs, facilitant ainsi la recherche de nouveaux matériaux aux propriétés améliorées, obtenant ainsi des dispositifs encore plus efficaces.

The search for sustainable and clean energy sources for the production of electric energy is a widely discussed topic in recent decades. Organic solar cells stand out for some of its properties, such as: relative low cost, lightness and production of flexible devices. The most efficient organic solar cells today are those based on volumetric hetero-junction, specifically with non-fullerenic acceptors. Those devices were a major advance over cells based on fullerene-based acceptors. Despite all the experimental studies, there are knowledge gaps, specifically about how the production and dissociation of excitons processes, charge displacement, electronic structure, among others, make these materials better than their fullerene version. In this context, this project lends itself to carry out investigations to fill these gaps. To this end, we intend to work with the most promising materials (Y6:D18, Y6:PM6), the pioneer in the use of non-fullenic acceptors (BZIC:HFQx-T), as well as a fullerene material (P3HT:PCBM), in this way it is possible to compare the properties and observe the evolution of these devices. To carry out such studies, it is intended to combine electronic structure calculation studies via DFT, studies on evolution and blend interaction by molecular dynamics and studies of charge transport through Kinetic Monte Carlo, Master Equation and Percolative Methods. Through these studies, it is expected to obtain data to support a better understanding of the main processes involved in these devices, thus facilitating the search for new materials with improved properties, thus obtaining even more efficient devices.