Gotowa bibliografia na temat „Cellules solaires organiques – Innovation”

Onze nouvelles molécules organiques de structure donneurs-espaceur-accepteurs (D-π-A) utilisées pour les cellules solaires organiques (OSC) basées sur la thiénopyrazine et le thiophène ont été étudiées par la théorie de la densité fonctionnelle (DFT) et la théorie de la densité fonctionnelle dépendante de temps DFT (TD-DFT), pour expliquer comment l’ordre de conjugaison influe sur les performances des cellules solaires. Le groupe accepteur d’électrons (ancrage) était composé de 2-cyanoacrylique pour tous les composés, tandis que l’unité donneuse d’électrons était variée et que son influence fut étudiée. Les résultats théoriques ont montré que les calculs TD-DFT, avec une fonction hybride d’échange – corrélation utilisant la méthode d’atténuation de Coulomb (CAM-B3LYP) en conjonction avec un modèle de solvatation à cycle continu polarisable (modèle de continuum polarisable, PCM) combinée avec la base 6-31G(d,p), était raisonnablement capable de prédire les énergies d’excitation, les spectres d’absorption et d’émission des molécules étudiées. Les niveaux d’énergie des orbitales moléculaires frontières (orbitale moléculaire occupée de plus haute énergie (HOMO) et orbitale moléculaire inoccupée de plus basse énergie (LUMO) de ces composés peuvent avoir un effet positif sur le processus d’injection et de régénération d’électrons. La tendance des lacunes calculées HOMO-LUMO se compare bien avec les données spectrales. En outre, les valeurs estimées de photovoltage en circuit ouvert (Voc) pour ces composés ont été présentées. L’étude des propriétés structurelles, électroniques et optiques de ces composés pourrait aider à concevoir des matériaux organiques photovoltaïques fonctionnels plus efficaces.

La recherche sur les cellules solaires organiques présente un engouement important, car elles présentent des propriétés très intéressantes notamment dans leur flexibilité et la possibilité d’être réalisées avec de grandes surfaces. Cependant leur stabilité et leur rendement doivent être considérablement améliorés par rapport à leur état actuel. Un rendement nominal voisin de 10 % sera l’objectif à atteindre pour les années qui viennent. Dans cet article, nous présentons les cellules solaires à base de polymères conjugués et décrivons les possibilités d’amélioration du rendement et de la stabilité des dispositifs avec l’utilisation des poly(3-hexylthiophène) régioréguliers ou RR-P3HT et de l’oxyde d’étain SnO2, puis nous présenterons les limitations et les perspectives.

Le contexte actuel de forte croissance des besoins en énergie dans le monde nécessite une diversification de sa production, notamment vers des sources renouvelables tout en limitant autant qu’il est possible l’émission de gaz à effet de serre. Parmi les énergies renouvelables une des plus prometteuses et abondantes est l’énergie solaire et il apparaît évident que l’énergie solaire, thermique ou photovoltaïque, représente un enjeu crucial pour diminuer la consommation d’énergie fossile. Actuellement 90 % des générateurs solaires sont élaborés en silicium cristallin, ce qui pose un problème d’approvisionnement en matière première, les producteurs de silicium n’ayant pas su anticiper la forte expansion de la filière solaire. Des concepts innovants présentent une forte potentialité en termes de coût de production et d’application, notamment les filières organiques et hybrides (organique/oxyde métallique). En Europe, la France est très active dans ce domaine de recherche, en particulier en ce qui concerne l’utilisation de nouveaux matériaux nanostructurés organiques ou de structures hybrides. C'est pourquoi Disasolar, une start-up française spécialisée dans le photovoltaïque souple, souhaite développer cette activité en élaborant des modules solaires souples par impression jet d'encre. Les objectifs de cette thèse sont d'étudier des nouveaux matériaux d'interface imprimables et d'évaluer l'effet de la dimension des nanoparticules sur la topologie et les performances des dispositifs. Et dans un deuxième temps l'étude portera sur l'impression des matériaux d'interface et la stabilité des cellules solaires organiques
The current context of strong growth in energy demands in the world requires diversification of its production, in particular towards renewable sources while limiting as far as possible the emission of greenhouse gases. Among the most promising and abundant renewable energies is solar energy and it is evident that solar, thermal or photovoltaic energy represents a crucial issue to reduce the consumption of fossil energy. Currently 90% of the solar generators are made of crystalline silicon, which poses a problem of supply of raw material, as silicon producers did not know how to anticipate the strong expansion of the solar sector. Innovative concepts present a high potential in terms of cost of production and application, in particular organic and hybrid (organic / metal oxide) dies. In Europe, France is very active in this area of research, particularly with regard to the use of new organic nanostructured materials or hybrid structures. This is why Disasolar, a French start-up specializing in flexible photovoltaics, wants to develop this activity by developing flexible solar modules by inkjet printing. The objectives of this thesis are to study new printable interface materials and to evaluate the effect of nanoparticle size on the topology and performance of devices. And secondly, the study will focus on the printing of interface materials and the stability of organic solar cells

L’énergie solaire photovoltaïque organique (OPV) est une technologie émergente exempte de matériaux rares et à faibles coûts énergétiques de production. Ces modules, composés de plusieurs couches minces empilées, peuvent être souples, semi-transparents et de différentes formes et couleurs, permettant de les intégrer dans le paysage urbain ou aux objets du quotidien. A l’échelle laboratoire, les rendements de conversion énergétique reportés en OPV n’ont cessé de croitre d’année en année, grâce en particulier à l’émergence de nouvelles couches actives, classiquement composées de deux semi-conducteurs organiques, l’un donneur d’électrons, l’autre accepteur d’électrons (système binaire). Il a été montré qu’il est possible d’en ajouter un troisième pour former un mélange ternaire afin d’améliorer les performances tout en gardant les mêmes coûts de production. Le but de cette thèse est donc de comprendre l’impact du troisième composé et de développer des solutions innovantes tout en intégrant les contraintes liées à leur industrialisation. Dans un premier temps, des couches binaires à base des polymères DT-PDPP2T-TT et PTQ10 ont été mises au point en respectant ces contraintes. Leurs performances prometteuses ont servi de socle à l’étude des mélanges ternaires. Le premier raisonnement s’est basé sur l’augmentation de la densité de courant de court-circuit en ajoutant un composé présentant un spectre d’absorption solaire complémentaire. Cette démarche n’a pas été concluante car le facteur de forme diminuait fortement. Il a alors été décidé de se concentrer sur ce paramètre en ajoutant du PC61BM, accepteur à forte mobilité d’électrons. Cette stratégie a permis de porter les rendements de conversion jusqu’à 10.3% en conditions semi-industrielles avec un solvant non toxique et jusqu’à 14.7% avec un solvant halogéné. Cette amélioration a été attribuée à des changements morphologiques impactant le transport de charge. De plus, lorsque les accepteurs sont miscibles, la tension en circuit ouvert est proportionnelle au ratio entre les deux accepteurs. Une approche prédictive basée sur les énergies de surface a ensuite été menée pour mesurer la compatibilité des matériaux entre eux. Les dispositifs ternaires à base de PTQ10 : 4TIC-4F : PC61BM ont montré une meilleure photostabilité. Pour finir, une étude de pré-industrialisation s’est avérée concluante en vue d’essais à plus grande échelle
Organic photovoltaics (OPV) is a promising solar energy technology excluding the usage of rare elements and with low production costs. These multilayer OPV modules can be flexible, semi-transparent and with various colors enabling innovative usage in the urban landscape and on our everyday technological items. At lab scale, over the years, the power conversion efficiency of OPV cells grew up dramatically, especially thanks to the development of novel active layers, blends of two organic semiconductors, one electron donor and one electron acceptor (binary system). Recently, it has been shown that adding a third material in the active layer, forming a ternary blend, increases the performances. This strategy is of interest for the OPV industry by maintaining the low production costs of the modules. Therefore, this work aims to understand the role of this third component and to develop innovative active layers while respecting the industrial requirements for large-scale production. First, we focused on binary blends with PTQ10 and DT-PPDT2T-TT as polymeric donors. Promising efficiencies were achieved on these binary systems as a base for our ternary studies. We tried to increase the short circuit current by adding a third organic semiconductor with complementary light absorption. This approach was not successful because the fill factor dropped drastically. Thus, we focused on improving this parameter by adding the well-known fullerene acceptor PC61BM. This strategy enabled to increase the efficiency up to 10.3% in semi-industrial conditions with a non-toxic solvent and up to 14.7% in halogenated solvent. Morphological changes were responsible of charge transport improvement, which has proven to be one of the key factor in ternary blends. In addition, the open circuit voltage has been shown proportional to the weight ratio between both acceptors when they form an alloy. Based on these studies, we developed a predictive approach to assess the compatibility between the materials. Finally, ternary PTQ10:4TIC-4F:PC61BM devices turned out to be the most promising in terms of pre-industrialization and photostability

Au cours des dernières années, le développement des cellules organiques à réseaux interpénétrés a permis d’améliorer les rendements de conversion photovoltaïque (PV). Ces dispositifs incorporent une couche active constituée d’un mélange d’un matériau donneur d’électron (D) et d’un matériau accepteur d’électron (A). La réalisation de ces cellules requiert une optimisation minutieuse de ce mélange et de la morphologie de cette couche photo-active qui en résulte. Cette dernière peut cependant évoluer spontanément vers une ségrégation de phase, généralement délétère pour les performances PV. Une solution possible, et relativement peu étudiée, consiste à lier chimiquement le donneur D et l’accepteur A par un espaceur non-conjugué. Les travaux décrits dans ce manuscrit portent sur la synthèse et la caractérisation d’assemblages moléculaires de type D-σ-A ainsi que leur utilisation comme matériau dit « unique » pour la fabrication de cellules solaires organiques mono composant. Une première famille de dyades et triades à base d’un bloc donneur de type quaterthiophène a été étudiée. Cette partie décrit la méthodologie générale d’assemblage des blocs D et A via une réaction de cycloaddition de type Huisgen. Au cours des chapitres suivant, plusieurs dyades basées sur un bloc donneur « push-pull » ont été synthétisées puis caractérisées. Les performances PV de ces composés ont été évaluées au sein de cellules solaires mono-composant et les meilleurs rendements de conversion, atteignant 1.4 %, rivalisent avec l’état de l’art
Over the last few years, the development of bulk heterojunction organic solar cells (BHJ OSCs) led to significant increase in photovoltaic (PV) efficiency. Such devices are based on interpenetrated networks of an electron-donor material (D) and an electron-acceptor material (A) constituting the active layer. Nevertheless a careful optimization of the morphology is required to reach high power conversion efficiency. Furthermore, this optimized morphology can evolve towards spontaneous phase segregation which can be detrimental for the PV performances. To circumvent these limitations, a relatively unexplored approach relies on the use of a material where the donor and the acceptor moieties are covalently linked to each other through a nonconjugated π-connector. In this context, the work reported herein describes the synthesis and characterization of various molecular D-σ-A assemblies, as well as their preliminary evaluation as “unique” material for the realisation of single component organic solar cells (SC-OSCs). A first family of dyads and triads, based on quaterthiophene moieties as donor block, was studied. A general methodology to assemble the two D and A blocks via a Huisgen-type click-chemistry is described. Then, in the next chapters, several dyads based on a “push-pull” donor block have been synthesized and characterized. The PV performances of these compounds have been evaluated in SC-OSCs leading to power conversion efficiency up to 1.4 %, a value close to the state of the art

Le but de ce travail a été de développer des cellules à base d’oxyde nanoporeux photosensibilisé sur support plastique. Dans ce contexte, une nouvelle voie d’élaboration de couches de nanoparticules d’oxyde à basse température a été développée par irradiation ultraviolet sous air. Tout d’abord, des couches de dioxyde de titane ont été préparées par cette méthode, les films obtenus étant constitués d’un réseau mésoporeux de nanoparticules interconnectées de dioxyde de titane de structure anatase d’après les caractérisations effectuées par microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X, porosimétrie d’adsorption d’azote et d’intrusion de mercure et analyse thermogravimétrique. Après sensibilisation des couches par un complexe polypyridyle de ruthénium, les cellules photovoltaïques élaborées avec des films en contact avec un électrolyte liquide présentent des rendements de conversion énergétique compris entre 1,6 et 2,5 % suivant la nature des particules utilisées. Cette voie a ensuite été élargie à d’autres oxydes tels que l’oxyde de zinc et le dioxyde d’étain ainsi qu’à des oxydes en configuration « cœur-écorce ». Les rendements obtenus avec le dioxyde d’étain, 1,5 à 1,8%, sont tout à fait remarquables par rapport à ceux décrits dans la bibliographie pour des couches traitées à haute température. Les rendements plus élevés avec les couches traitées aux UV étant liés à une amélioration des tensions de circuit ouvert et des facteurs de forme, les phénomènes physiques régissant les performances de ces dispositifs ont été étudiés par différentes techniques, notamment la spectroscopie d’impédance électrochimique et le déclin de tension de circuit ouvert. Enfin, les performances électrochromes des films de dioxyde de titane traités aux UV ont été caractérisées sur support verre et plastique en présence d’un électrolyte liquide ionique, les efficacités de coloration étant comparables aux systèmes élaborés à haute température
This work aimed to develop dye-sensitized solar cells on plastic substrates. In this context, a new low-temperature method to make nanoporous oxide layers based on ultraviolet irradiation under air was studied. First of all, titanium dioxide layers were prepared with this method; the films obtained were composed of a mesoporous network of interconnected anatase titanium dioxide nanoparticles as evidenced by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, nitrogen sorption and mercury porosimetries, and thermogravimetric analysis. After sensitizing the films with a ruthenium polypyridyl complex, the photovoltaic cells based on the films in contact with a liquid electrolyte gave conversion efficiencies between 1.6 and 2.5% depending on the nature of the particles used. This low-temperature method based on ultraviolet irradiation was then expanded to other oxides, such as zinc oxide and tin dioxide, as well as to core-shell structures. The conversion efficiencies obtained with tin dioxide were very high, i.e. 1.5 to 1.8%, compared to those usually reported in the literature for films sintered at high temperatures. The higher efficiencies obtained for the UV-treated films were related to higher open circuit potentials and higher fill factors. Therefore, the physical phenomena involved were investigated with various techniques; in particular, electrochemical impedance spectroscopy and open circuit voltage decay. Finally, the electrochromic performances of the low-temperature UV-processed nanoparticulate titanium dioxide films were studied on glass and plastic substrates with an ionic liquid. The coloration efficiencies were found to be comparable to those of high-temperature processed layers

Les nanotubes de carbone (NTC) constituent un matériau prometteur pour l'électronique organique que ce soit comme conducteurs ou semi-conducteurs. Cependant, les applications des NTC semi-conducteurs sont plus longues à voir le jour car les NTC semi-conducteurs sont synthétisés en mélange avec des NTC métalliques. L'approche de notre laboratoire vise à supprimer la conductivité des NTC métalliques grâce à une fonctionnalisation chimique et sélective afin d'éviter la séparation des deux types de NTC. Cette étude a consisté à adapter et utiliser les NTC semi-conducteurs obtenus par fonctionnalisation dans la matrice active de cellules solaires organiques. La démarche s'est organisée en quatre temps avec tout d'abord la purification des NTC en grande quantité pour produire un matériau abondant en solution et avec l'adaptation de la fonctionnalisation chimique sélective des NTC métalliques. La fonctionnalisation par le diazoéther a permis d'obtenir une sélectivité supérieure à 15 contre 4 à 10 avec les réactifs diazonium et diazoester. Dans un deuxième temps, l'étude physicochimique des composites NTC-matériau donneur (P3HT ou oligomère QTF8) a mis en évidence une forte affinité et une structuration particulière du matériau donneur autour des NTC. Enfin, l'effet de l'incorporation de NTC fonctionnalisés et de leur orientation dans le composite a été étudié en configuration transistors et cellules solaires organiques. L'intégration des NTC dans des cellules à hétérojonction en volume a notamment conduit à la conception d'une nouvelle configuration de cellule solaire plus appropriée pour l'orientation électrique.

Face à la croissance de la demande énergétique, les énergies alternatives, telles que l’énergie photovoltaïque, représentent des solutions réalistes. Cette dernière nécessite des matériaux efficaces pour la capture des photons et leur conversion en électricité.Les cellules solaires organiques (CSOs) sont basées sur les propriétés semiconductrices de certaines molécules ou de certains polymères π-conjugués. Dans le domaine des CSOs, les efforts de recherche actuels se concentrent selon trois axes : la réduction des coûts, l’augmentation de la durée de vie des cellules solaires et l’augmentation des rendements de conversion photovoltaïque. Les récentsdéveloppements ont conduit à une complexification des architectures des CSOs ainsi que des semi-conducteurs organiques utilisés, induisant une augmentation des coûts de fabrication. Dans une logique de développement économiquement efficace et écologiquement soutenable, il est nécessaire aujourd’hui de se concentrer sur des semi-conducteurs organiques viables économiquement et dont la synthèse est respectueuse de l’environnement. Ce travail doctoral a pour but de développer de nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques bio-inspirés et bas coût. Les molécules étudiées présentent une structure donneur-accepteur-donneur. Leur squelette est celui de la curcumine, molécule qui donne sa couleur au curcuma. Le groupement accepteur est un difluorure de bore. Les groupements donneurs quant à eux varient suivant les semi-conducteurs. Les propriétés optoélectroniques de dix-sept dérivés curcuminoïdes ont été étudiées. Plusieurs d’entre eux se sont démarqués : ceux avec des groupements anthracène, ceux avec des dérivés thiophènes, enfin et impact sur les performances photovoltaïques de la formulation de l’encre utilisée pour le dépôt de la couche a été étudié en détail. Différents matériaux accepteurs ont été testés, de même que l’utilisation de mélanges ternaires. Pour l’un de dérivés curcuminoïde en combinaison avec du PC61BM, des rendements supérieurs à 4 % ont été obtenus avec des tensions de circuit ouvert supérieures à 1,0 V. Au regard de la simplicité structurale de ce semi-conducteur, ces résultats figurent à notre connaissance parmi les meilleurs reportés dans la littérature. Les phénomènes photophysiques ont également été étudiés par spectroscopie d’absorption des espèces transitoires. Enfin, le procédé de fabrication a été rapproché des conditions industrielles en éliminant les solvants halogénés utilisés et en travaillant à l’air ambiant. Finalement, bien qu’intéressantes, les propriétés photovoltaïques restent limitées pour une application industrielle du fait de la faible mobilité des trous de ces matériaux
To face the growing needs in energy, renewable energies like solar photovoltaic represent realistic solutions. Photovoltaic energy requires efficient materials to absorb photons and to convert them into electricity. Organic solar cells (OSCs) are based on semiconducting π-conjugated polymer or small molecules. Current research in this field focuses on three main topics: the reduction of costs, the increase of device lifetime and the increase of power conversion efficiency. This last issue led to an increase in the complexity of OSCs architecture as well as organic semi-conductors, leading to anincrease in manufacturing costs. In order to develop sustainable and eco-friendly processes, it is now important to work on cost effective semi-conductors obtained fromgreen synthetic methodology. The aim of this thesis was to develop new bio-inspired organic semi-conductors. These materials are potentially low cost. Molecules studied present donor-acceptor-donor structure. They have the skeleton of curcumine. Curcumine is a natural yellow dye present in curcuma. Acceptor group is boron difluoride. Donor groups vary depending on the curcuminoid derivative. Optoelectronicproperties of seventeen semi-conductors were studied. Several of them stood out: those with anthracene groups, those with thiophene derivatives, finally and especially, those with triphenylamine groups. For this last family, the impact on the photovoltaic performances of the ink formulation used for deposition has been deeply studied. Several acceptor materials were tested, as well as ternary blend. For one curcuminoid derivative combined with PC61BM, efficiency above 4% has been achieved with open circuit voltage up to 1.0 V. Due to the very simple chemical structure of the donor, this represents one of the best result reported in literature to our knowledge. Transient species were also studied by ultrafast spectroscopy. The fabrication process was also changed to eliminate halogenated solvent and to enable processing in ambient air like in industrial process. Finally, photovoltaic properties observed are interesting. Nevertheless, they are not sufficient for industrial application due to low hole mobility in these materials

Les cellules solaires organiques (OSC) à hétérojonction en volume (BHJ) semblent être des candidates idéales pour alimenter les appareils de l'Internet des objets (IoT) en conditions intérieures en raison de leur compatibilité avec les technologies d'impression à faible coût, leur flexibilité, et leur efficacité de conversion de puissance élevée (PCE) sous faible illumination. De plus, l'adaptabilité des matériaux organiques permet de moduler précisément leurs propriétés optiques et électroniques pour que leur absorption corresponde idéalement aux spectres d’émission des sources d’éclairage de type LED. Cependant, des améliorations supplémentaires de l'efficacité et de la stabilité sont nécessaires pour exploiter leur potentiel. Dans cette thèse, nous avons étudié plusieurs stratégies liées aux matériaux de couches actives pour améliorer les performances des OSC en conditions indoor. Le premier objectif était d’intégrer de nouveaux accepteurs non fullerènes (NFA), notamment à base d'heptazines, pour mieux exploiter la région bleue (400-500 nm) de l’émission des LED blanches, qui reste mal adressées à ce jour. Des dérivés d'heptazine innovants ont été étudiés et intégrés dans les couches actives des OSC dans ce contexte. Bien que des propriétés optiques et morphologiques appropriées aient été observées, ainsi qu’une séparation de charge prometteuse entre les matériaux donneurs et accepteurs, des limitations spécifiques de performance, telles qu’une faible génération de photocourant, ont été mises en évidence. Néanmoins, ce travail jette les bases d'une optimisation supplémentaire des NFA à base d'heptazine pour les applications OSC en intérieur. La deuxième orientation de recherche s'est concentrée sur l'optimisation de la couche active OSC à base du mélange PF2:ITIC, utilisé pour la première en intérieur.. À cette fin, nous avons exploité plusieurs paramètres cruciaux tels que la sélection du solvant, l'épaisseur de la couche active et le rapport donneur/accepteur (D:A). Grâce à des techniques spécifiques de caractérisation en champ proche, nous avons identifié le chlorobenzène (CB) comme le solvant le plus efficace pour traiter le mélange PF2:ITIC, produisant des couches actives lisses et uniformes avec d'excellentes caractéristiques morphologiques. L'augmentation de l'épaisseur de la couche active de 100 nm à 270 nm a considérablement amélioré l'absorption de la lumière dans la région bleue, ce qui a entraîné un photocourant plus élevé, permettant ainsi de démontrer des dispositifs atteignant un PCE allant jusqu'à 11,95 % avec un VOC élevé de 0,73 V sous un éclairage LED chaud à 1000 lux. Ce travail démontre finalement l'importance d'une conception moléculaire innovante et de l'optimisation du système pour améliorer les performances des OSC pour les applications intérieures
Organic solar cells (OSCs) based on a bulk-heterojunction (BHJ) concept are emerging as ideal candidates for powering indoor Internet-of-things (IoT) devices due to their compatibility with low-cost printing technologies, flexible substrates, and high power conversion efficiency (PCE) under indoor lighting. Additionally, the tunability of organic materials allows for precise adjustments in their optical and electronic properties to ideally match the emission spectra of indoor sources such as LEDs. This adaptability makes OSCs particularly promising for indoor environments. However, further improvements in efficiency and stability are needed to exploit their potential. In this thesis, several strategies were explored to improve OSC performance for indoor applications. The first focus was on the integration of novel non-fullerene acceptors (NFAs), especially heptazine-based, to better address the blue region (400-500 nm) of white LED emission, which remains a specific challenge. Innovative Heptazine derivatives were studied and integrated into OSC active layers in this context. Although suitable optical and morphological properties were observed, as well as promising charge separation between donor and acceptor materials, specific limitations in performance, such as low photocurrent generation, were evidenced. Nevertheless, this work lays the foundation for further optimization of heptazine-based NFAs for indoor OSC applications. The second research direction focused on optimizing the PF2:ITIC-based OSC active layer for indoor applications. To this end, we explore several crucial parameters, such as solvent selection, active layer thickness, and donor-to-acceptor (D:A) ratio. Thanks to specific near-field characterization techniques, we identified chlorobenzene (CB) as the most effective solvent to process the PF2:ITIC blend, producing smooth, uniform active layers with excellent morphological features. Increasing the active layer thickness from 100 nm to 270 nm significantly improved light absorption in the blue region, resulting in a higher photocurrent, enabling the demonstration of devices achieving PCE up to 11.95% with a high VOC of 0.73 V under warm LED illumination at 1000 lux. Finally, this work demonstrates the crucial importance of innovative molecular design and system optimization in improving the performance of OSCs for indoor applications

Les dérivés arène-carboxyliques sont des matériaux intéressants dans le but d'obtenir une cellule solaire organique efficace à base de cristaux liquides : Ils présentent à la fois des propriétés électroniques modulables en fonction de la structure chimique, une tendance aux larges plages de températures de présence d'une mésophase colonnaire et souvent un alignement homéotrope au contact de surfaces polaires telles que l'ITO ou le verre. Nous montrons avec cette thèse que des couples donneur-accepteur colonnaires à température ambiante peuvent être obtenus, avec des propriétés suffisamment complémentaires pour prévoir des dissociations d'excitons en charges séparées à leur jonction dans des cellules solaires.

Le principal objectif de ce travail est d’étudier les cellules solaires organiques de type hétérojonction en volume à l’aide d’un modèle bidimensionnel spécifique incluant un état intermédiaire pour la dissociation des charges dans les matériaux organiques. Ce modèle est mis en place dans un logiciel de simulation par éléments finis. Après validation, il est comparé à deux approches existant dans la littérature. Le grand nombre de paramètres requis pour décrire le mécanisme complexe de génération de charges nécessite un algorithme robuste, basé sur l’exploitation de chaînes de Markov, pour extraire ces paramètres physiques à partir de données expérimentales. Le modèle ainsi que la procédure d’extraction de paramètres sont utilisés dans un premier temps pour étudier le mécanisme de dissociation associé à une cellule comportant une nouvelle molécule. Ensuite le comportement en température de cellules à base de P3HT : PCBM est simulé et comparé à des mesures expérimentales
The main objective of this work is to study bulk heterojunction organic solar cells with a specific two dimensional model that takes into account an intermediate state specific to organic materials. The model is solved numerically by a finite element software. After its validation, it is compared to two existing approaches in the literature. The large number of parameters needed to describe the complex charge generation mechanism requires a robust parameter extraction algorithm, based on the operation of Markov chains, in order to extract these physical parameters from experimental characterizations. The model and the parameter extraction method are then used to study the charge dissociation mechanism of a cell with a newly synthesized molecule. Finally, the temperature evolution of P3HT : PCBM solar cells are simulated and compared to experimental measurements