Expanding the light absorption of poly(3-hexylthiophene) by end-functionalization with π-extended porphyrins.

Poly(3-hexylthiophene)s end-functionalized with π-extended porphyrins have been synthesized in a one-pot procedure. The polymers show a broad absorption profile extending to 700 nm and a fibrillar microstructure, which can be tuned through judicious selection of the porphyrin molar ratio

A self-assembly toolbox for thiophene-based conjugated polyelectrolytes: surfactants, solvent and copolymerisation.

Targeted control of the aggregation, morphology and optical properties of conjugated polymers is critical for the development of high performance optoelectronic devices. Here, self-assembly approaches are used to strategically manipulate the order, conformation and spatial distribution of conjugated polymers in solution and subsequently prepared thin films. The supramolecular complex organisation of phosphonium-functionalised homo- (P3HTPMe3) and diblock (P3HT-b-P3HTPMe3) ionic conjugated polythiophenes upon solvent-mediation and co-assembly with oppositely charged surfactants is investigated. UV/Vis absorption and photoluminescence spectroscopies, small-angle neutron scattering (SANS), cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM) and atomic force microscopy (AFM) are used to probe the organisation and photophysical response of the aggregates formed. Subtle differences in the surfactant mole fraction and structure, as well as the solvent polarity, yield differences in the nature of the resultant homopolyelectrolyte-surfactant complexes. In contrast, only moderate structural transformations are observed for the amphiphilic diblock copolyelectrolyte, emphasising the structure "anchoring" effect of a neutral polymer block when amphiphilic copolymers are dissolved in polar solvents. These results highlight the versatility of self-assembly to access a range of nanomorphologies, which could be crucial for the design of the next generation of organic optoelectronic devices

Vers des nouveaux systèmes pi-conjugués pour des applications photovoltaïques

Among renewable energies, the sunlight has by far the highest theoretical potential to meet theworldwide need in energy. Photovoltaic devices are thus currently the subject of intense research forlow-cost conversion of sunlight into electrical power. In particular, organic photovoltaics have emergedas an interesting alternative to produce electricity due to their low manufacturing cost compared tosilicon solar cells, their mechanical flexibility and the versatility of the possible chemical structures. Inthis dissertation, we focused our research on the development of new organic -conjugated materialsfor organic solar cells applications. Two types of solar cells have been studied during this work: bulkheterojunction and dye-sensitized solar cells. The charge transfer leading to the photocurrent is usuallybased on (i) a polymer donor and a fullerene acceptor in BHJ solar cells, such as the widely studiedpoly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) materials and (ii) ametal oxide (titanium oxide) sensitized with a dye and an electrolyte in DSSCs. Despite power conversionefficiencies have reached 5 and 13 % respectively for these two types of devices, they still display severaldrawbacks that limit their commercialization. P3HT displays a narrow absorption of the solar spectrumthus limiting the conversion efficiency. To overcome this limitation, we combined P3HT withchromophores, i.e. porphyrins, having an extending absorption. Then, to ensure better charge transferand extraction within the device, a cathode interfacial layer based on cationic -conjugatedpolyelectrolytes was added, Finally, dyes extracted from the biomass (chlorophyll derivatives) weresynthesized to replace the expensive ruthenium dyes in DSSCs. Since liquid electrolytes are volatile andcorrosive, which considerably limit the DSSCs stability, solid polymer electrolytes were also developed asan alternative.Le développement des énergies renouvelables est aujourd’hui devenu un enjeu mondial majeur commealternative aux énergies fossiles dans la production d'énergie. Parmi elles, l’énergie solaire estconsidérée comme la source la plus prometteuse, permettant de couvrir l’ensemble des besoinsénergétiques liés à l’activité humaine. Les cellules photovoltaïques les plus performantes aujourd’hui,entre 16 et 18 % en modules, sont composées de silicium, un semi-conducteur inorganique. Cependant,leur coût de production élevé a nécessité le développement de matériaux alternatifs moins couteux.Parmi les voies explorées, les cellules solaires organiques ont émergé comme une alternativeprometteuse pour produire l’électricité à faible coût. Le sujet de cette thèse s’intègre dans ce contextede recherche. Deux types de cellules solaires ont été étudiés : les cellules à hétérojonction en volume(BHJ) et sensibilisées au colorant (DSSCs). Le courant photogénéré repose généralement (i) dans lescellules BHJ, sur le transfert entre de charge entre un polymère donneurs et un accepteurd’électrons(fullerène), tels que le couple poly(3-hexyl)thiophène (P3HT) et [6,6]-phényl-C61-butanoate deméthyle (PCBM), et (ii) dans les DSSCs, la sensibilisation de la surface d’un semi-conducteur inorganiquetel que l’oxyde de titane par un colorant et la présence d’un électrolyte, jouant le rôle de médiateurredox. Bien qu’ayant atteint des rendements de photoconversion respectifs de 5 et 13 %, ces cellulesnécessitent des améliorations pour une commercialisation à grande échelle. Tout d’abord, lesperformances des cellules BHJ à base de P3HT sont considérablement limitées par sa faible absorption,ne couvrant pas la globalité du spectre solaire. Afin de pallier ce problème, nous avons combiné le P3HTavec des chromophores, i.e. des porphyrines, ayant une absorption plus étendue. Ensuite, pour assurerune meilleure extraction des charges au sein du dispositif, une couche interfaciale cathodique à base depolyélectrolytes -conjugués a été ajoutée. Enfin, des colorants extraits de la biomasse ont été préparésafin de remplacer les colorants coûteux à base de ruthénium. En outre, les électrolytes liquides étantvolatils et corrosifs, ce qui limite considérablement la stabilité des DSSCs, des électrolytes solides à basede polymères ont été étudiés comme alternative

Vers de nouveaux systèmes π-conjugués pour des applications photovoltaïques

Among renewable energies, the sunlight has by far the highest theoretical potential to meet the worldwide need in energy. Photovoltaic devices are thus currently the subject of intense research for low-cost conversion of sunlight into electrical power. In particular, organic photovoltaics have emerged as an interesting alternative to produce electricity due to their low manufacturing cost compared to silicon solar cells, their mechanical flexibility and the versatility of the possible chemical structures. In this dissertation, we focused our research on the development of new organic pi-conjugated materials for organic solar cells applications. Two types of solar cells have been studied during this work: bulk heterojunction and dye-sensitized solar cells. The charge transfer leading to the photocurrent is usually based on (i) a polymer donor and a fullerene acceptor in BHJ solar cells, such as the widely studied poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) materials and (ii) a metal oxide (titanium oxide) sensitized with a dye and an electrolyte in DSSCs. Despite power conversion efficiencies have reached 5 and 13 % respectively for these two types of devices, they still display several drawbacks that limit their commercialization. P3HT displays a narrow absorption of the solar spectrum thus limiting the conversion efficiency. To overcome this limitation, we combined P3HT with chromophores, i.e. porphyrins, having an extending absorption. Then, to ensure better charge transfer and extraction within the device, a cathode interfacial layer based on cationic pi-conjugated polyelectrolytes was added. Finally, dyes extracted from the biomass (chlorophyll a derivatives) were synthesized to replace the expensive ruthenium dyes in DSSCs. Since liquid electrolytes are volatile and corrosive, which considerably limit the DSSCs stability, solid polymer electrolytes were also developed as an alternative.Le développement des énergies renouvelables est aujourd’hui devenu un enjeu mondial majeur comme alternative aux énergies fossiles dans la production d'énergie. Parmi elles, l’énergie solaire est considérée comme la source la plus prometteuse, permettant de couvrir l’ensemble des besoins énergétiques liés à l’activité humaine. Les cellules photovoltaïques les plus performantes aujourd’hui, entre 16 et 18 % en modules, sont composées de silicium, un semi-conducteur inorganique. Cependant, leur coût de production élevé a nécessité le développement de matériaux alternatifs moins couteux. Parmi les voies explorées, les cellules solaires organiques ont émergé comme une alternative prometteuse pour produire l’électricité à faible coût. Le sujet de cette thèse s’intègre dans ce contexte de recherche. Deux types de cellules solaires ont été étudiés : les cellules à hétérojonction en volume (BHJ) et sensibilisées au colorant (DSSCs). Le courant photogénéré repose généralement (i) dans les cellules BHJ, sur le transfert entre de charge entre un polymère donneur et un accepteur d’électrons (fullerène), tels que le couple poly(3-hexyl)thiophène (P3HT) et [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle (PCBM), et (ii) dans les DSSCs, la sensibilisation de la surface d’un semi-conducteur inorganique tel que l’oxyde de titane par un colorant et la présence d’un électrolyte, jouant le rôle de médiateur redox. Bien qu’ayant atteint des rendements de photoconversion respectifs de 5 et 13 %, ces cellules nécessitent des améliorations pour une commercialisation à grande échelle. Tout d’abord, les performances des cellules BHJ à base de P3HT sont considérablement limitées par sa faible absorption, ne couvrant pas la globalité du spectre solaire. Afin de palier ce problème, nous avons combiné le P3HT avec des chromophores, i.e. des porphyrines, ayant une absorption plus étendue. Ensuite, pour assurer une meilleure extraction des charges au sein du dispositif, une couche interfaciale cathodique à base de polyélectrolytes pi-conjugués a été ajoutée. Enfin, des colorants extraits de la biomasse ont été préparés afin de remplacer les colorants coûteux à base de ruthénium. En outre, les électrolytes liquides étant volatils et corrosifs, ce qui limite considérablement la stabilité des DSSCs, des électrolytes solides à base de polymères ont été étudiés comme alternative

Synthèse de dérivés de la chlorophylle a à partir de l’extraction de microalgues pour la conversion de l’énergie solaire

National audienc

Functionalization of P3HT‐Based Hybrid Materials for Photovoltaic Applications

International audienc

Poly(3-hexylthiophene) vs. Spiro-OMeTAD as hole transporter materials for ss-DSSCs

International audienc

Poly(3-Hexylthiophene) vs. Spiro-OMeTAD as Hole Transporter Materials for ssDSSCs

International audienc

In depth analysis of photovoltaic performance of chlorophyll derivative-based “all solid-state” dye-sensitized solar cells

International audienc