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Petites molécules donneuses (type p)
Les petites molécules de type-p ont attiré l’attention de la communauté scientifique grâce à de nombreux avantages.161,162 Elles ont une masse molaire précise, une structure chimique bien déterminée, un mode de synthèse reproductible et une purification plus facile que les polymères. Les premières petites molécules ont été déposées par évaporation à partir de 1986.9 Cette méthode de dépôt est facile à mettre en œuvre avec les structures bicouches mais plus difficilement avec les hétérojonctions volumiques.163 Pour tirer profit des avantages des structures à hétérojonction volumique il faut déposer les petites molécules par voie liquide, cette approche s’est développée à partir de 2005, des rendements de conversion photovoltaïque de 0,66 % ont été obtenus.164,165 Aujourd’hui, les meilleures performances dépassent les 10 % grâce à l’approche donneur-accepteur précédemment développée et à l’ajout de groupements très électroattracteurs (carbonyle ou nitrile).166 Quelques exemples de petites molécules de type-p sont décrits sur la figure 35, leurs résultats en dispositifs photovoltaïques sont présentés dans le tableau 9.
L’état de l’art actuel pour des petites molécules de type p se situe entre 8 % et 10 % de rendement de conversion photovoltaïque. La SMPV1 en mélange avec le PC71BM permet d’obtenir des rendements de conversion photovoltaïque de 8,10 %,82,169 grâce notamment à une VOC élevée de 0,94 V. Cette petite molécule est composée d’un cœur riche en électrons BnDT, d’un espaceur terthiophène et d’une unité pauvre en électrons thioxothiazolidinone. Le remplacement des substituants thiophènes du BnDT par des chaînes thioalkyles, donnant ainsi la DR3TSBDT, permet d’augmenter la JSC à 14,45 mA.cm-2 et d’obtenir des efficacités en dispositifs photovoltaïques de 9,95 %.168 Ce résultat a été obtenu après recuit thermique et traitement par vapeur de solvant permettant une meilleure morphologie de la couche active et une amélioration de son absorption. La petite molécule p-DTS(FBTTh2)2, à base de dithienosilole et de BTD, permet d’obtenir des rendements de conversion photovoltaïque de 6,02 % et après ajout d’un espaceur optique à base d’oxyde de zinc, le rendement augmente jusqu’à 8,94 %. Dans ce cas, l’espaceur optique est situé entre la couche active et l’électrode métallique et permet d’améliorer la collecte des photons et de diminuer la recombinaison des porteurs de charges.167
Enfin, une série de petites molécules (DRNCNxT, pour x compris entre 4 et 9) comportant une unité centrale oligothiophène et un bout de chaîne thioxothiazolidinone a été synthétisée. L’influence de la longueur de la partie oligothiophène a été étudiée pour un nombre de thiophènes compris entre 4 et 9. Les molécules comportant un nombre impair de thiophène ont présenté de meilleures densités de courant une fois utilisées en dispositifs (14-16 mA.cm-2) que celles avec un nombre pair de thiophène (11 mA.cm-2). Ce phénomène s’explique par la structure chimique asymétrique des molécules qui provoque, d’une part, un changement plus important du moment dipolaire entre l’état fondamental et l’état excité ce qui réduit l’énergie de liaison de la paire électron-trou, et d’autre part qui possède un réseau fibrillaire plus développé. Les meilleurs rendements de conversion sont obtenus avec les molécules DRCN5T et DRCN7T avec respectivement 9,30 % et 10,08 %.166
Polymères conjugués de type p pour le photovoltaïque organique
Comme il a été vu précédemment beaucoup d’unités riches et pauvres en électrons ont été développées pour permettre de contrôler les niveaux énergétiques HOMO et LUMO des polymères π-conjugués de type-p. En fonction de ces niveaux et donc de la largeur de la bande interdite des polymères il est possible de les classifier en trois catégories :67
– Les polymères à faible largeur de bande interdite (< 1,6 eV)
– Les polymères à largeur de bande interdite intermédiaire (1,6 eV à 1,9 eV)
– Les polymères à grande largeur de bande interdite (>1,9 eV)
Un rappel de l’influence du niveau énergétique de l’orbitale HOMO du polymère donneur sur la tension en circuit ouvert du dispositif photovoltaïque est présenté sur la figure 36. Quelques exemples des polymères à l’état de l’art de ces trois catégories seront présentés dans les trois prochaines parties.
Polymères à faible largeur de bande interdite
Les polymères à faible largeur de bande interdite ont une largeur de bande inférieure à 1,6 eV. Ce sont eux qui vont collecter le plus de photons (jusqu’à 48 % du flux de photons) car ils peuvent absorber au-delà de 750 nm. Cependant pour avoir une faible largeur de bande interdite, il faut augmenter le niveau énergétique HOMO ce qui engendre une réduction de la VOC des cellules. Ces polymères conduisent donc en général à une JSC élevée et une VOC relativement faible, les valeurs ne dépassant que rarement 0,7 V. Le niveau d’énergie HOMO est limité à -5,0 eV, au-dessus le polymère devient sensible à l’oxydation à l’air.170,171 Quelques exemples de polymères à faible largeur de bande interdite sont présentés sur la figure 37, les caractéristiques en dispositifs photovoltaïques sont regroupées dans le tableau 10.
Jusqu’à maintenant, les meilleures valeurs de JSC obtenues avec des polymères à faible largeur de bande se situent autour de 20 mA.cm-2 avec un record à 20,07 mA.cm-2 pour le polymère à base de DPP et de thienothiophène P2.177 Le meilleur rendement de conversion photovoltaïque est obtenu avec le PNT4T-2OD et le PTB7-Th avec 10,1 %.36,183,184
Polymères à largeur de bande interdite intermédiaire
Les polymères à largeur de bande intermédiaire (1,6 – 1,9 eV) peuvent absorber jusqu’à 750 nm. En dispositifs photovoltaïques ces polymères conduisent à un bon compromis VOC – JSC car ils ont un niveau énergétique HOMO suffisamment bas pour donner une tension en circuit ouvert supérieure aux polymères à faible largeur de bande, et une largeur de bande interdite plus réduite que celles des polymères à grande largeur de bande et peuvent donc collecter plus de photons (jusqu’à 35 % du flux de photons) ce qui permet d’accroitre les valeurs des densités de courant de court-circuit. Quelques exemples de polymères à largeur de bande interdite intermédiaire sont présentés sur la figure 38, leurs caractéristiques en dispositifs photovoltaïques sont regroupées dans le tableau 11. Pour cette classe de polymères les tensions de circuit ouvert peuvent atteindre 0,8 V.
Les polymères à largeur de bande interdite intermédiaire conduisent à des valeurs de JSC légèrement plus faibles que celles obtenues avec des polymères à faible largeur de bande interdite, avec un maximum autour de 18 mA.cm-2 et un record à 18,90 mA.cm-2 pour le PffBT-T3(1,2)-2.187 A l’heure actuelle le record de conversion photovoltaïque en cellule solaire simple jonction est détenu par le PffBT4T-2OD avec 10,8 %.36
Polymères à grande largeur de bande interdite
Enfin, les polymères à grande largeur de bande interdite possèdent un écart d’énergie entre les orbitales frontières supérieur à 1,9 eV. Ils vont absorber dans le domaine d’émission du soleil entre 300 et 650 nm. Le P3HT, polymère bien connu dans le domaine de l’électronique organique fait partie de cette classe de matériaux. En dispositifs photovoltaïques, ces polymères permettent d’obtenir en général des VOC élevées (parfois au-delà de 0,9 V) car leur niveau énergétique HOMO est bas et des valeurs de JSC faibles car ils collectent moins de photons (23 % du flux de photons). Quelques exemples de polymères à grande largeur de bande interdite sont présentés sur la figure 39, leurs caractéristiques en dispositifs photovoltaïques sont regroupées dans le tableau 12.
Les meilleures valeurs de JSC obtenues avec des polymères à grande largeur de bande interdite sont généralement faibles avec un maximum autour de 12 mA.cm-2. Le record de rendement de conversion pour cette catégorie de polymère est de 7,10 % pour le PBnDT-FTAZ. 134
Stabilité des polymères
De nombreux polymères présentent des efficacités en cellules solaires autour de 10 %, mais pour viser des applications industrielles, la stabilité des dispositifs photovoltaïques dans le temps est aussi importante. Cependant, très peu d’études de stabilité sont présentes dans la littérature. A l’heure actuelle, seul le P3HT, le PCDTBT et le PTB7 ont montré une stabilité atteignant 10 ans ce qui est convenable pour une application industrielle.201
Semi-conducteurs organiques accepteurs (type n)
Dans cette partie quelques exemples, parmi les plus efficaces, de « petites molécules » et de polymères de type n seront décrits. Un semi-conducteur organique de type n doit être un matériau électro-accepteur avec un niveau énergétique LUMO faible pour pouvoir accepter plus facilement les électrons provenant du matériau donneur. De plus il doit posséder de bonnes mobilités en électrons pour permettre une extraction rapide des charges créées.
Fullerènes
Grâce à leur bonne propriété électroattractrice, leur bonne mobilité électronique, leur bonne miscibilité avec les polymères, les dérivés du fullerène sont les matériaux accepteurs les plus utilisés dans les cellules solaires organiques. Les plus connus sont le [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle (PC61BM), le [6,6]-phényl-C71-butanoate de méthyle (PC71BM), l’indène-C60-bisadduit (ICBA), le thienyl- C61-butanoate de méthyle (ThC61BM), le [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle-bis-adduit (BisPC61BM). Ces matériaux sont représentés sur la figure 40 et leurs performances en dispositifs photovoltaïques avec le poly-3-hexylthiophène (P3HT) en tant que polymère donneur sont regroupées dans le tableau 13.
Les mélanges P3HT/fullerène ont été très étudiés depuis une dizaine d’années, ce qui explique les bonnes efficacités en dispositifs photovoltaïques pour tous les dérivés de fullerène. Généralement des rendements de conversion photovoltaïque autour de 4 %202 sont obtenus avec le PC61BM et jusqu’à 6,5 % avec l’IC61BA196. Cette augmentation s’explique par le niveau énergétique de la LUMO de l’ICBA plus élevée que celle du PC61BM d’environ 0,2 eV, augmentant ainsi la VOC du dispositif.
Petites molécules
Les dérivés de fullerène sont performants mais n’absorbent que très peu dans le spectre d’émission solaire, c’est pourquoi de nouveaux semi-conducteurs accepteurs (petites molécules ou polymères) se sont développés pour le photovoltaïque organique. Ces nouveaux matériaux organiques possèdent une plus grande absorption dans le spectre solaire que les dérivés du fullerène, de plus leurs propriétés peuvent être ajustées grâce à l’ajout de substituants électro-donneur ou électroattracteur ce qui permet un parfait contrôle des niveaux énergétiques HOMO et LUMO. Quelques exemples de petites molécules de type-n sont décrits sur la figure 41, leurs performances en cellules photovoltaïques sont regroupées dans le tableau 14.
Préparation et études des monomères
Synthèses des monomères dérivés de la quinoxaline
La voie de synthèse du monomère thiophène-quinoxaline est décrite figure 7. La formation d’un organocuprate sur le 2-octylthiophène, puis son addition sur le chlorure d’oxalyle permet d’obtenir la 1,2-bis(5-octylthiophen-2-yl)ethane-1,2-dione 1.23 L’acide thiophen-2-ylboronique a été protégé par ajout du néopentyl glycol pour donner l’ester thiophen-2-yl-boronique 14, il est ensuite engagé avec le 4,7-dibromobenzo[c][1,2,5]thiadiazole dans une réaction de couplage de Suzuki pour donner le 4,7-di(thiophen-2yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole 15. Le groupement thiadiazole du composé 15 est ensuite réduit en diamine par de la poudre de zinc puis condensé sur l’α-dione 1 pour obtenir la 2,3-bis(5-octylthiophen-2-yl)-5,8-di(thiophen-2-yl)quinoxaline (TQx). La bromation de l’unité TQx par le N-bromosuccinimide (NBS) donne le monomère 5,8-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2,3-bis(5-octylthiophen-2-yl)quinoxaline (TQx-Br).
La voie de synthèse des monomères thiazoles-quinoxalines est décrite figure 8. La même procédure a été utilisée pour synthétiser les unités thiazole-quinoxaline (TzC2Qx et TzC5Qx) en remplaçant le thiophène par le thiazole. Un choix judicieux du couple ligand-solvant lors de la C-H activation permet d’orienter sélectivement le couplage du thiazole sur le 4,7-dibromobenzo[c][1,2,5]thiadiazole.24 Un ligand peu encombré et un solvant apolaire vont favoriser le couplage sur la position C2 du thiazole alors qu’avec un ligand encombré et un solvant polaire le couplage sur la position C5 sera favorisé. Les unités TzC2Qx et TzC5Qx sont ensuite obtenues par réduction pour déprotéger la diamine et par condensation avec l’ -dicétone précédemment décrite. Le TzC2Qx a pu être bromé selon une procédure standard en utilisant le NBS. Cette même procédure ne permet pas de bromer l’unité TzC5Qx, dont la position 2 sur les motifs thiazoles devient trop peu réactive ; une bromation à chaud dans le DMF a été tentée mais il s’est avéré qu’elle se produisait également sur les thiophènes portés par la pyrazine.
L’unité comportant les atomes de fluor a été obtenue par une voie légèrement différente en s’inspirant de la littérature.25 La voie de synthèse du monomère thiophène-quinoxaline-fluorée est décrite figure 9. L’introduction des fluors n’étant pas possible sélectivement sur le benzène de l’unité TQx il faut donc qu’ils soient présents au début de la synthèse. La première étape consiste à effectuer une double nitration sur le composé commercial 1,4-dibromo-2,3-difluorobenzene pour obtenir le 1,4-dibromo-2,3-difluoro-5,6-dinitrobenzene (18). Le 1,4-bis(2-thienyl)-2,3-difluoro-5,6-dinitrobenzene (19) est ensuite obtenu par réaction de couplage de Stille du 2-tributylstannylthiophene sur le composé 18. Le composé 19 est ensuite réduit par du chlorure d’étain (II) puis condensé sur l’α-dione 1 pour donner l’unité 6,7-difluoro-2,3-bis(5-octylthiophen-2-yl)-5,8-di(thiophen-2-yl)quinoxaline 20 (TQxF). Une bromation avec le NBS permet d’obtenir le 5,8-bis(5-bromothiophen-2-yl)-6,7-difluoro-2,3-bis(5-octylthiophen-2-yl)quinoxaline 21 (TQxF-Br).
Les voies de synthèse des unités thiophène-phénazine (TPz) et thiophène-phénazine-fluorée (TPzF) sont décrites figure 10, elles s’inspirent également de la littérature.26 La bromation au NBS du 2-octylthiophene permet d’obtenir le 2-bromo-5-octylthiophene (2) qui subit un réarrangement 1-2 en présence de diisopropylamidure de lithium (LDA) pour donner le 4-bromo-2-octylthiophene (3). La 1,2-bis(5-octylthiophen-3-yl)ethane-1,2-dione (4) est ensuite obtenue par formation d’un organocuprate puis addition sur le chlorure d’oxalyle, elle est ensuite cyclisée en présence de chlorure de fer (III) (FeCl3) pour aboutir à la 2,7-dioctylbenzo[2,1-b:3,4-b’]dithiophene-4,5-dione (5).
Les unités 2,5-dioctyl-8,11-di(thiophen-2-yl)dithieno[3,2-a:2′,3′-c]phenazine (TPz) (31) et 9,10-difluoro-2,5-dioctyl-8,11-di(thiophen-2-yl)dithieno[3,2-a:2′,3′-c]phenazine (TPzF) (32) sont ensuite obtenues respectivement par réduction des composés 15 et 19 puis condensation sur l’α-dione 5. Ces composés sont peu solubles dans le chloroforme et n’ont pas pu être bromés selon le protocole classique.
La voie de synthèse du monomère dithienoquinoxaline est décrite figure 11, elle a été réalisée en collaboration avec Cyril Aumaitre durant son stage de Master 2. La 1,2-di(thiophen-3-yl)ethane-1,2-dione (11) est obtenue par formation d’un organocuprate sur le 3-bromothiophène puis addition sur le chlorure d’oxalyle, elle est ensuite cyclisée en présence de FeCl3 pour aboutir à la benzo[2,1-b:3,4-b’]dithiophene-4,5-dione (12). La réaction de l’hydroxylamine sur l’α-dione 12 conduit à la (4Z,5Z)-benzo[2,1-b:3,4-b’]dithiophene-4,5-dione dioxime (33) qui est immédiatement réduite par le zinc en diamine puis condensée sur l’α-dione 1 pour aboutir à la 2,3-bis(5-octylthiophen-2-yl)dithieno[3,2-f:2′,3′-h]quinoxaline (34) (DTQx) .
En présence de NBS, la DTQx subit une multibromation non sélective. Pour obtenir le monomère DTQx dibromé une nouvelle voie de synthèse a été envisagée, elle est décrite figure 12. Dans cette nouvelle voie, la bromation est réalisée en début de synthèse sur le composé 12 pour obtenir la 2,7-dibromobenzo[2,1-b:3,4-b’]dithiophene-4,5-dione (13). La (4E,5E)-2,7-dibromobenzo[2,1-b:3,4-b’]dithiophene-4,5-dione dioxime (35) est ensuite formée par ajout d’hydroxylamine sur le composé 13. Pour conserver les atomes de brome sur le composé 35, la réduction au zinc a été remplacée par une réduction au chlorure d’étain (II), la 2,7-dibromobenzo[2,1-b:3,4-b’]dithiophene-4,5-diamine (36) est alors obtenue. Le composé 36 n’étant pas stable, il est immédiatement condensé sur l’α-dione 1 pour donner la 6,9-dibromo-2,3-bis(5-octylthiophen-2-yl)dithieno[3,2-f:2′,3′-h]quinoxaline (DTQx-Br) (37).
Caractérisation par diffraction des rayons X
Les unités quinoxalines ayant une forte tendance à cristalliser, les structures chimiques des unités TQx, TQxF-Br, TzC2Qx-Br et TzC5Qx ont pu être déterminées par diffraction des rayons X sur des monocristaux. L’unité DTQx n’a pu être analysée par cette méthode car cette molécule a formé un gel lors des différentes tentatives de recristallisation. Cette étude permet de déterminer les angles de rotation entre les différents substituants et donc d’avoir un premier aperçu sur la planéité de la molécule. Ces angles de rotation ont été comparés à l’unité dithienylbenzothiadiazole (DTBTD). La figure 13 représente les structures chimiques à l’état solide des unités DTBTD, TQx, TQxF-Br, TzC2Qx-Br et TzC5Qx déterminées par diffraction des rayons X sur des monocristaux.
L’unité DTBTD présente un système cristallin orthorhombique et un groupe d’espace Pbca alors que l’unité TQx présente un système cristallin tétragonal et un groupe d’espace I41/a. Sur l’unité DTBTD, des angles de torsion de 2,05° et 3,98° sont observés entre les unités thiophènes et le benzothiadiazole, les unités thiophènes sont alternées, une seule interaction N-S est présente. Les distances de π-stacking sont de 3,42 Å. Le changement de l’unité benzothiadiazole par une quinoxaline sur l’unité TQx, augmente légèrement les angles de torsions à 4,97° et 6,07° mais le cycle à six atomes pyrazine favorise les interactions N-S et supprime l’alternance des thiophènes. Cependant aucune distance caractéristique d’empilements de type « π-stacking » ne peut être mesurée avec cette unité.
L’unité TQxF-Br présente un système cristallin triclinique et un groupe d’espace P-1, elle est présente sous trois formes différentes dans sa structure cristalline. Six angles de torsion sont donc mesurés, avec des valeurs allant de 4,42° à 20,27° ce qui est plus élevé que dans l’unité TQx mais le fluor favorise les interactions de type π-stacking avec des distances intermoléculaires légèrement inférieures à celles de l’unité DTBTD, 3,35 Å et 3,42 Å. Les unités TzC2Qx-Br et TzC5Qx présentent des systèmes cristallins tricliniques et des groupes d’espace P-1. Le remplacement des thiophènes par les thiazoles augmente les angles de torsions autour de 8° dans le cas du TzC2Qx-Br et jusqu’à 19,40° pour le TzC5Qx, les distances de π-stacking sont également plus grandes, jusqu’à 3,88 Å pour le TzC2Qx-Br et 4,00 Å pour le TzC5Qx.
Caractérisation optique des monomères
Pour comprendre les effets des modifications structurales des monomères sur les propriétés électroniques, leurs propriétés optiques ont été étudiées par spectroscopie d’absorption dans l’UV-visible. Les unités non bromées, en solution dans le chloroforme, ont été utilisées lors de ces études.
La première étude consiste à comparer l’effet des substituants thiophènes, fluors ou thiazoles de la quinoxaline sur les propriétés optiques. Les spectres d’absorption des unités TQx, TQxF, TzC2Qx et TzC5Qx en solution dans le chloroforme sont présentés figure 14, leurs données spectroscopiques UV-visible sont regroupées dans le tableau 2.
Le spectre d’absorption UV-visible en solution de l’unité TQx montre trois maxima d’absorption. Les deux premiers à 319 et 347 nm avec des coefficients d’extinction molaire (ε) de 35090 L.cm-1.mol-1 et 32450 L.cm-1.mol-1, respectivement, correspondent aux transitions π-π* des cycles aromatiques quinoxaline et thiophènes. Le troisième maximum à 429 nm avec un ε de 18010 L.cm-1.mol-1 correspond au transfert de charge interne (ICT) entre les thiophènes situés sur la pyrazine et la quinoxaline ou entre les thiophènes situés sur le benzène et la quinoxaline.27 Cette bande à transfert de charge pourra être mieux étudiée dans le chapitre 3 où les substituants de la partie pyrazine ont été modifiés. L’ajout de fluor sur le benzène de la quinoxaline provoque un déplacement hypsochrome de 9 nm et 6 nm sur les transitions π-π*et de 5 nm sur la transition ICT. En ajoutant les atomes de fluor, le coefficient d’extinction molaire de la transition π-π* chute de 35090 L.cm-1.mol-1 à 28160 L.cm-1.mol-1 et celui de la transition ICT de 18010 L.cm-1.mol-1 à 17250 L.cm-1.mol-1. Dans ce cas le déplacement hypsochrome de la bande ICT pourrait être attribué à une moins bonne conjugaison des thiophènes avec la quinoxaline, ce qui pourrait s’expliquer par les angles de torsions plus élevés observés dans les structures cristallines de l’unité TQxF-Br.
Le remplacement du thiophène par le thiazole provoque un déplacement hypsochrome de 9 nm et 4 nm des transitions π-π*à la fois pour l’unité TzC2Qx et pour l’unité TzC5Qx. L’influence de l’isomérie de position du thiazole se voit sur la transition ICT, avec un effet bathochrome de 8 nm pour l’unité TzC2Qx alors qu’aucun décalage n’est visible pour l’unité TzC5Qx. Dans les deux cas, le coefficient d’extinction molaire de la transition π-π* chute autour de 24000 et 21000 L.cm-1.mol-1 et celui de la transition ICT à 15760 L.cm-1.mol-1 pour l’unité TzC2Qx et 12530 L.cm-1.mol-1 pour l’unité TzC5Qx. L’effet hypsochrome et hypochrome de la bande ICT du TzC5Qx par rapport à celle du TzC2Qx pourrait s’expliquer par la moins bonne conjugaison des thiazoles avec la quinoxaline ce qui peut être dû aux plus grands angles de torsions que dans le cas de l’unité TzC2Qx.
La seconde étude consiste à comparer l’effet de la cyclisation sur les propriétés optiques. Les spectres d’absorption des unités TPz et TPzF en solution dans le chloroforme sont présentés figure 15, leurs données spectroscopiques UV-visible sont regroupées dans le tableau 3.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : PHOTOVOLTAÏQUE ORGANIQUE : MATERIAUX ET DISPOSITIFS POUR LE PHOTOVOLTAÏQUE ORGANIQUE
1. INTRODUCTION DU PHOTOVOLTAÏQUE ORGANIQUE
a) Historique
b) Les semi-conducteurs organiques
2. FONCTIONNEMENT D’UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE ORGANIQUE
a) Principe de fonctionnement
b) Architecture de cellule solaire simple jonction
c) Cellules photovoltaïques organiques multi-jonctions
d) Fabrication de la couche active
3. CARACTERISATION ELECTRONIQUE D’UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE
a) Rendement de conversion photovoltaïque (η)
b) Tension en circuit ouvert
c) Densité de courant en court-circuit
d) Facteur de forme
4. MATERIAUX ORGANIQUES COMPOSANT LA COUCHE ACTIVE
a) Contrôle des niveaux des orbitales frontières des semi-conducteurs organiques
b) Unités riches en électrons
c) Unités pauvres en électrons
5. PETITES MOLECULES DONNEUSES (TYPE P)
6. POLYMERES CONJUGUES DE TYPE P POUR LE PHOTOVOLTAÏQUE ORGANIQUE
a) Polymères à faible largeur de bande interdite
b) Polymères à largeur de bande interdite intermédiaire
c) Polymères à grande largeur de bande interdite
d) Stabilité des polymères
7. SEMI-CONDUCTEURS ORGANIQUES ACCEPTEURS (TYPE N)
a) Fullerènes
b) Petites molécules
c) Polymères
8. CELLULES SOLAIRES MULTI JONCTIONS
9. CONTEXTE ET OBJECTIF DU PROJET
10. REFERENCES
CHAPITRE 2 : POLYMERES A BASE DE QUINOXALINE ET DE DIBENZOSILOLE : SYNTHESE, CARACTERISATION ET PROPRIETES PHOTOVOLTAÏQUES
1. INTRODUCTION
2. PREPARATION ET ETUDES DES MONOMERES
a) Synthèses des monomères dérivés de la quinoxaline
b) Caractérisation par diffraction des rayons X
c) Caractérisation optique des monomères
d) Synthèse de l’unité dibenzosilole
3. SYNTHESE ET ETUDES DES POLYMERES PDBS-TQX, PDBS-TQXF, PDBS-TZC2QX, PDBS TZC5QX ET PDBS-DTQX
a) Synthèse et purification
b) Caractérisation photo-physique
c) Caractérisation électrochimique
d) Calculs théoriques
e) Organisation structurale
f) Propriétés de transport
4. CARACTERISATION EN DISPOSITIFS PHOTOVOLTAÏQUES
a) Propriétés photovoltaïques
b) Etudes morphologiques
c) Etude des cinétiques de recombinaison
5. CONCLUSION
6. REFERENCES
CHAPITRE 3 : INFLUENCE DE LA SUBSTITUTION DU CYCLE PYRAZINE SUR LES POLYMERES A BASE DE QUINOXALINE ET DE DIBENZOSILOLE
1. INTRODUCTION
2. PREPARATION ET ETUDES DES MONOMERES BITQX, TERTQX
a) Synthèses des monomères BiTQx, TerTQx
b) Caractérisation par diffraction des rayons X
c) Caractérisation optiques des monomères BiTQx, TerTQx
3. ETUDES DES POLYMERES TQX, BITQX, TERTQX
a) Synthèse et purification
b) Caractérisation photo-physique
c) Caractérisation électrochimique
d) Calculs théoriques
e) Organisation structurale
f) Propriétés de transport
4. CARACTERISATIONS EN DISPOSITIFS PHOTOVOLTAÏQUES
a) Propriétés photovoltaïques
b) Etudes morphologiques
5. CONCLUSION
6. REFERENCES
CHAPITRE 4 : POLYMERES A BASE DE QUINOXALINE ET DE CARBAZOLE : SYNTHESE, CARACTERISATION ET PROPRIETES PHOTOVOLTAÏQUES
1. INTRODUCTION
2. ETUDES DES POLYMERES PC-TQX, PC-BITQX ET PC-TERTQX
a) Synthèse du monomère carbazole
b) Synthèse et purification des polymères
c) Caractérisation photo-physique
d) Caractérisation électrochimique
e) Calculs théoriques
f) Organisation structurale
g) Propriétés de transport
3. CARACTERISATIONS EN DISPOSITIFS PHOTOVOLTAÏQUES
a) Propriétés photovoltaïques
b) Etudes morphologiques
4. CONCLUSION
5. REFERENCES
CHAPITRE 5 : VERS D’AUTRES CONFIGURATIONS ET PERSPECTIVES D’APPLICATIONS
1. MELANGES TERNAIRES
a) Introduction
b) Mécanisme de fonctionnement des cellules solaires à mélange ternaire
c) Donneur-Accepteur-Accepteur
d) Donneur-Donneur-Accepteur
2. TESTS PRELIMINAIRES EN CELLULES COUPLEES POUR LA GENERATION D’HYDROGENE
a) Introduction
b) Premiers tests en photocathode
3. CONCLUSION
4. REFERENCES
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
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