Ce travail fait partie d'un projet financé par l'ANR dédié à la conception d'un nouveau type de cellule photovoltaïque organique. Le but est de concevoir un nouveau dispositif de type bicouche ou multicouche, et composé de deux matériaux (donneur et accepteur d'électrons) moléculaires cristaux liquides colonnaires. Ce mémoire de thèse décrit la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux accepteurs combinant plusieurs propriétés : stabilité en température et à l'air, capacité à s'auto-organiser en cristaux liquides colonnaires, absorption forte dans le domaine proche infrarouge et infrarouge. Le choix s'est porté sur des complexes de nickel bisdithiolenes neutres. Plusieurs séries de complexes ont été synthétisées avec des ligands de type dpedt (diphenyl-ethylenedithiolate). Leurs comportements physico-chimiques ont été caractérisés par utilisation de différentes techniques : analyse thermique différentielle et thermogravimétrique, microscopie optique en lumière polarisée, voltammétrie cyclique et voltammétrie à vague carrée, spectrométrie d'absorption. Les résultats montrent qu'ils sont tous très stables à l'air et thermiquement jusqu'à 300°C, qu'ils absorbent fortement entre 750 nm à 1100 nm et qu'ils possèdent une haute affinité électronique. De plus, certains de ces composés présentent en phase condensée une phase cristalline liquide colonnaire autour de 80 à 110°C, métastable à température ambiante. En particulier, il est montré que le gap énergétique entre les niveaux HOMO et LUMO de tels complexes peut être modulé en fonction des groupements fonctionnels portés par les ligands. L'ensemble de ces propriétés rendent ces composés très intéressants pour une application photovoltaïque.This work is part of a project funded by the ANR dedicated to the design of a new type of organic photovoltaic cell. The goal is to design a new device architecture, bilayer or multilayer, composed of two columnar liquid crystalline molecular materials (electron donor and electron acceptor).
This thesis describes the synthesis and characterization of new electron acceptor materials combining several properties: thermal stability and stability in air, capability of self-organize into columnar liquid crystals, strong absorption in near infrared and infrared spectral domain. The choice is the neutral nickel bisdithiolene complexes. Several series of complexes have been synthesized with dpedt (diphenyl-ethylenedithiolate) ligands. Their physicochemical behaviors were characterized by using different techniques: differential thermal analysis and thermo-gravimetric, polarized light microscopy, cyclic voltammetry and square wave voltammetry, absorption spectroscopy. The results show that they are all very stable in air and heat until 300 °C, they absorb strongly between 750 nm to 1100 nm and they have high electron affinity. In addition, some of these compounds show columnar liquid crystalline phase around 80 to 110 °C, metastable at room temperature in the condensed state. In particular, it is shown that the HOMO-LUMO energy gap of such complexes can be modulated as a function of functional groups grafted on the dpedt ligands. All these properties make these compounds very interesting for photovoltaic application
