Soutenance de thèse de Bruno SALGUES

Les cellules photovoltaïques organiques sont un sujet de recherche particulièrement actif, tant pour la conception et la fabrication de nouvelles cellules que pour la recherche de nouveaux matériaux semi-conducteurs. En effet, ce type de cellule solaire n'a émergé que tardivement, et leurs progrès en terme d'efficacité ont été fulgurants ces dernières années avec des prototypes donnant 18% de rendement photovoltaïque. Porté par deux équipes de recherche de l'Institut des Sciences Moléculaire de Marseille (iSm2) et du Centre Interdisciplinaire des Nanomatériaux de Marseille (CINaM), notre projet combine leurs compétences en chimie de synthèse, photophysique et chimie des matériaux afin de synthétiser et étudier de nouveaux accepteurs non-fullerène (NFA) pour une utilisation comme matériau semi-conducteur dans le photovoltaïque organique. Les composés ciblés ont été les bisindénone-azaacènes. Ces molécules constituées de cycles aromatiques linéairement conjugués comportant des atomes d’azote, et dont les extrémités forment des motifs fluorénone ont été retenues pour leur caractère accepteur d'électron, leurs propriétés de transport de charge à l'état solide, et leur bonne stabilité. Au cours de ce projet, deux familles de bisindénone-azaacènes ont été étudiées : les bisindénone-anthrazolines (BIDAs) et les bisindénone-tétraazaacènes (BITAs), qui diffèrent structurellement par leur cœur azaacène. Un effort particulier a été fait pour obtenir des molécules solubles permettant une utilisation dans des dispositifs fabriqués par voie liquide. Les propriétés photophysiques de chaque nouvelle molécule ont été caractérisées. Puis, lorsque cela a été possible, des transistors à effet de champ ainsi que des cellules solaires ont été fabriqués à partir de ces composés afin de confirmer leur potentielle application.

Organic photovoltaic cells are a very active research topic, both regarding the fabrication of new devices and the elaboration of new semi-conductor materials. Indeed, this kind of solar cells came out relatively late, and the progress of their efficiency has been impressive during last decades with prototypes displaying 18% photovoltaic yield. Shared with our two teams in the "Institut des Sciences Moléculaire de Marseille" (iSm2) and the "Centre Interdisciplinaire des Nanomatériaux de Marseille" (CINaM), our project combines both knowledge in synthetic chemistry, photophysics analysis and material science. In the frame of this project, new non-fullerene acceptors (NFA) were synthetized and studied for an application as semi-conductor material in organic photovoltaics. Target compounds are bisindenone-azaacenes. These molecules are composed of a linearly conjugated aromatic core which include some nitrogen atoms, and their edges form fluorenone scaffolds. This group of molecules are known for their good electron acceptor nature, charge transport properties and stability. During this project, two class of bisindenone-azaacenes have been studied: the bisindenone anthrazolines (BIDAs) and the bisindenone-tetraazaacenes (BITAs). The main difference between those is the number of nitrogen atoms in their aromatic core. A specific effort has been conducted to obtain soluble molecules that could be easily used in devices using a liquid deposition by spin-coating for example. Optoelectronic properties of each new molecule have been characterized. Then, field effect transistors (FET) and solar cells have been fabricated when possible to confirm their potential application in organic electronics.