Synthèse et caractérisation de copolymères pi-conjugués à base de thiophène et de carbazole fonctionnalisés par des dérivés de fullerènes pour application au photovoltaïque organique

Abstract

Ce travail de thèse a pour objectif la synthèse et la caractérisation de nouveaux copolymères conjugués double-câbles à base de thiophène et de carbazole et l'étude de leur comportement en cellules photovoltaïques organiques. Les synthèses se sont concentrées sur la famille des polycarbazoles couplés en positions 3 et 6 du carbazole. Des monomères de bis-thiophène-carbazole (BTC) ont été synthétisés puis fonctionnalisés par des dérivés de fullerènes selon deux voies de synthèse différentes. L'électropolymérisation de ces monomères hybrides donneur-accepteur a permis la formation de films de polymères double-câbles contenant un accepteur fullerène par unité de BTC. Les propriétés électroniques propres du polymère et des acceptreurs fullerènes sont conservées au sein de la structure double-câble. Les performances de ces matériaux en cellules solaires restent pour l'instant faibles, avec des rendements de l'ordre de 0,006%. Différents polythiophène-carbazoles ont été synthétisés par voie chimique en solution puis testés en dispositifs photovoltaïques. L'incorporation de groupements benzothiadiazoles et de chaînes alkyles latérales a permis de moduler les propriétés optiques et électrochimiques des matériaux. Des polymères double-câbles ont été obtenus par fonctionnalisation chimique avec des dérivés du PCBM. Ils ont été utilisés à la fois comme matériau principal et comme additifs dans les cellules solaires dans le but d'améliorer le contrôle de la nanostructuration des films.'This work is devoted to the synthesis and characterization ofnew thiophene- and 3,6-linked carbazole-based conjugated double-cable copolymers for organic photovoltaics. Bis-thiophene-carbazole (BTC) monomers were synthesized and functionalized with fullerene derivatives. Electropolymerization of the resulting donor-acceptor hybrid macromolecules allowed the formation of thin films of double-cable polymers bearing one fullerene moiety per BTC repeat unit. The specific electrochemical properties ofboth the polymer backbone and the fullerene moieties are preserved within the double-cable structure, indicating little electronic interactions. Power conversion efficiency of these materials remain low (0.006%). Different polythiophene-carbazole polymers were chemically synthesized and tested in photovoltaic devices. The tuning of the optical and electrochemical propwerties of the polymers was achieved by incorporation of benzothiadiazole units and alkyl side chains. Double-cable polymers were then obtained by further chemical functionalization with methanofullerene derivatives. Double-cable were used as the main component of solar cells as well as an additive to help improving the control of the nanostructure of the active layer.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF