Nous avons déterminé l'alignement des niveaux énergétiques d’un solide moléculaire organique, transporteurs de trous, avec un oxyde d'indium dopé à l’étain (ITO), un conducteur transparent. Les molécules étudiées, basées sur une structure dipyranylidène (DIP), diffèrent par leur hétéroatome (O, S et Se). La spectroscopie de photoémission X a été utilisée pour déterminer cet alignement, et nous avons étudié l'orientation moléculaire par spectromicroscopie d'absorption X. Des calculs DFT ont été réalisés pour interpréter les données spectroscopiques. Nous avons constaté la présence d'un transfert de charge, au moins pour les dérivés oxygénés et soufrés. Celui-ci a lieu des molécules vers l’ITO, lorsqu'ils sont en contact intime avec le substrat. Nous avons déterminé la barrière d'injection des trous entre le niveau de Fermi de l’ITO et la HOMO du solide organique. Notre approche expérimentale met l'accent sur la relation entre les propriétés structurelles et les propriétés électroniques. Ces résultats ont été obtenus pendant des runs synchroton en France (SOLEIL), en Italie (ELETTRA) et en Suisse (SLS). / The energy level alignment of hole-transport organic molecular solids with indium tin oxide (ITO), a transparent conducting oxide, has been characterized. The studied molecules, based on the dipyranylidene (DIP) structure, differ by the heteroatom (O, S and Se). Synchrotron photoemission electron spectroscopy has been used to determine the alignment, and we investigated the molecular orientation via X-ray absorption spectromicroscopy. By interpreting spectroscopic data in the light of DFT calculations, we found evidence of the presence of charge transfer from the molecules to the ITO, when they are in intimate contact with the substrate, at least for the O and S-DIPs. The hole injection barrier between the ITO Fermi level and the organic HOMO was obtained. Our experimental approach emphasizes the relationship between structural and electronic properties. These results were obtained during beamtimes in France (SOLEIL), Italy (ELETTRA) and Switzerland (SLS).

Les processus de transfert de charge sont très importants dans de nombreux domaines de la physique et de la chimie. Ils interviennent en particulier dans la conception ds plasmas astrophysiques ainsi que des plasmas de fusion. Les particules secondaires, électrons lents ou ions, générés le long du trajet des radiations jouent également un rôle crucial dans l’action des radaitions sur le milieu biologique, en relation en particulier avec les traitements du cancer. Il est donc fondamental d’avoir une connaissance approfondie des mécanismes mis en jeu dans ce type de processus, à l’échelle moléculaire. Pour cela, nous avons étudié dans cette thèse deux systèmes voisins, la collision des ions C2+ avec les molécules HF et HCI afin d’ananllyser en détail le mécanisme de transfert de charge dans ces deux réactions en d’en déduire des éléments permettant d’avoir une vue plus générals de ce type de processus. Nous nous sommes en particulier intéressés à l’anisotropie de la réaction de transfert de charge ainsi qu’aux effets dus à la vibration de la molécule diatomique cible lors de la collision. Une étude comparée des ces deux système a montré un mécanisme différent dans chaque cas liés aux interactions non-adiabatiques mises en jeu / Collisiosns of slow multiply charged ions with molecular species have been widely investigated in the past few years. Imortant experimental and theoretical effort has been focused on reactions with simple targets. Consideration of more complex molecular targets are now of increasing interest, in particular with regardto possible direect or indirect processes occuring in the irradiation of the biological medium.. In these reactions generally at relativity low energies, different processes have to be considered: exitation and fragmentation on the molecule, ionization of the gaseous target, and also possible charge transfer from the multicharged ion toward the biomolecule..Charge transfer can be investigated theoretically in the framework of the molecular representation of the collision. Such studies provides important information on the mecanism as well as on the electronic structure of the projectile and target during the reaction. The charge-transfer process in collisions on C2+ ions with hydrogen halide molecule (HF, HCI) has been studied by means of ab initio quantum chemistry molecular methods followed by semiclassical dynamical treatment in the keV collision energy range. The mechanism has been investigated in detail in each reaction, in connection with nonadiabatic interactions around avoided crodssings between states involved in the process.

Les techniques de spectroscopie femtoseconde permettent d’étudier les processus de conversion d’énergie dans les système organiques. Elles permettent d’étudier les populations photo-générées et leur évolution à l’échelle de ces photoréactions. Elles permettent de comprendre les transferts d’énergie et de charge intra- et inter-moléculaires à l’origine du fonctionnement de ces systèmes.La protéine de rétinal Anabaena sensroy Rhodopsin est un photocommutateur naturel, qui est étudié afin de comprendre les paramètres à l’origine de l’efficacité quantique d’isomérisation. Nous avons pu déterminer cette efficacité quantique pour les deux formes stables du rétinal ainsi que leur dynamique d’isomérisation dans les mêmes conditions expérimentales.La génération de charge dans des couches actives pour le photovoltaique organique est étudiée dans un système composé d’un mélange de PCBM et d’un donneur organique dérivé du colorant BODIPY. L’influence de la nanostructuration de la couche active sur la génération de charge est étudiée. La génération de charge est limitée dans ce système par la recombinaison des charges générées et par la diffusion des excition aux interfaces donneur-accepteur. Ces observations indiquent que l’amélioration de la nanostructuration de la couche active peut permettre d’augmenter les rendements de photo-génération de charge. / Femtosecond transient spectroscopies are used to investigate photonic energy conversion inorganic systems. These techniques allow to observe the ground and excited states of themolecules at the timescale of the photoreactions. It is used to understand the inter- andintramolecular energy and charge transfers leading to the desired photochemical process.The natural photoswiching retinal protein Anabaena sensory Rhodopsin is studied to understand the key parameters ruling the isomerisation quantum yield. We could determine the isomerisation quantum yield of both stable forms and their dynamics in the very same experimental conditions.Charge generation is investigated in small molecule bulk heterojunction active layers for organic solar cells made of PCBM and a BODIPY dye-derivative donor. The influence of the active layer morphology on charge generation is studied. The charge generation is limited by charge recombination but also by exciton diffusion to the donor-acceptor interface. The active layer morphology has to be improved to achieve more efficient organic solar cells with these materials.

Certains composés moléculaires présentent des propriétés électroniques modulables par des stimuli (T, P, B, h?). Différents états électroniques peuvent alors être stabilisés sous certaines conditions extérieures et le passage d’un état à l’autre s’effectue de façon réversible. Cette propriété de bistabilité ouvre ainsi la voie à des applications dans le domaine du stockage de l’information. Ce travail présente l’influence d’une irradiation lumineuse sur les propriétés magnétiques de composés de coordination construits à partir d’une brique cyanométallate et d’ions métalliques Co. Nous étudions en détail, à l’aide des techniques magnétiques et de réflectivité optique, les états métastables photo-induits dans des composés hexa-, tri- et octa-cyanométallates. La stabilité en température, mais aussi dans le temps, de ces états métastables sont présentées et analysées. L’étude des propriétés photomagnétiques corrélées aux données structurales permet d’ouvrir la discussion sur le rôle important joué par les interactions à courte portée dans la conservation des états métastables dans ces réseaux. Le résultat le plus marquant de ce travail est l’obtention d’une température limite de stockage de l’information T(LIESST) = 183 K dans un cluster moléculaire, ouvrant la voie à une nouvelle famille de matériaux moléculaires présentant des états photo-induits possédant de longues durées de vie. / Some molecular compounds exhibit switchable electronic properties induced by stimuli (T, P, B, h?). Different electronic states can be stabilised under external conditions and the transformations between the two states are reversible. This property opens a new field for applications in information storage. This work deals with the influence of a light irradiation on magnetic proprerties in coordination networks built with cyanometallate precursors and metallic ion Co. We study in details, by magnetometry and optical refelectivity, photo-induced metastable states in hexa-, tri- et octa-cyanometallate compounds. The stability vs. temperatures, and also vs. time, of these states are showed. The studies of photomagnetic properties linked to structural ones allow to open discussion on the main role played by short interactions for the maintenance of metastable states. The most significant result of this work is the determination of T(LIESST) = 183 K in a molecular cluster, leading towards a new family of molecular materials exhibiting wide thermal bistability domain.

Organic photovoltaic (OPV) is a promising technology for renewable energy at low cost. Over the last five years, the power conversion efficiency (PCE) has doubled to 12%, which still is clearly lower than commercially available inorganic solar cells with a PCE around 20%. One approach to improve the PCE is to complement the conversion of light into electrical energy with the infrared (IR) part of the solar spectrum. However, the fundamental difference between organic and inorganic semiconductors is the exciton binding energy. Compared to inorganic semiconductors, in organic materials the exciton binding energy is more than 20 times higher, leading to strongly bound electron hole pairs, which are primarily generated upon photo-excitation. To dissociate these charges, in OPV, a donor-acceptor system is used. However, the energetics of this donor-acceptor system lowers the obtained open circuit voltage, representing one major loss of OPV as compared to inorganic solar cells. In the first part of this work, three benzannulated 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene (aza-BODIPY) infrared absorbing donor dyes with methyl, methoxy, or without side-group attached are investigated. The solar cells with the highest PCE, i.e. the devices using the donor molecule without a side-group, exhibit a difference between the optical and the effective gap of 0.17 eV. It reflects the "driving force" for the electron to transfer from the donor to the acceptor, and is lowest for the best performing device, indicating that in the devices used efficient charge dissociation does not require large electron transfer energy loss. A - for OPV - relatively high open circuit voltage of 0.81 V is measured and when compared to the optical gap of the donor, a voltage loss of 0.74 V is obtained, reflecting the high voltage losses in OPV. In inorganic devices these voltage loss is around 0.4 V. One approach to lower this difference in the voltage loss is to lower the exciton binding energy of neat organic materials, leading to a larger exciton size. A saturation of the exciton size at about 1.2 nm is calculated by time dependent density functional method (TD-DFT) for one dimensional conjugated organic molecules with a size larger than 4nm. For the largest size of the exciton, provided by the poly(benzimidazobenzophenanthroline) (BBL), a Coulomb interaction of 0.4 eV between the electron and hole wave function is calculated, leading to an estimated exciton binding energy of about 0.2 eV, serving as a lower limit for the organic molecules investigated. The exciton binding energy can further be lowered by increasing the dielectric constant or by introducing a charge transfer (CT) state between two adjacent molecules. It is shown for the ladder polymer BBL that the dielectric function, including ionic and electronic contributions, can be calculated by a new method within the DFT and TD-DFT framework. In agreement with ellipsometry measurements, a highly anisotropic dielectric constant is obtained, which is 8.3 along the backbone of the polymer and around 3 perpendicular to the polymer. The high dielectric constant along the backbone originates from the strong delocalization of the electrons along the π-system. The ionic contribution increases the mean value of the dielectric constant from 3.6 to 4.2. In order to further increase the dielectric constant, different polar side-chains are attached to the ladder polymer BBL and their dielectric constant is calculated. A strong increase of the dielectric constant to about 17 is obtained by attaching a zwitterionic side-chain to the BBL monomer. In order to lower the exciton binding energy by a CT state, a charge transfer from a donor to an acceptor molecule must be introduced. The Coulomb binding energy of intermolecular CT states are calculated. It is shown that an intermolecular CT state of two π-stacked BBL oligomers does not exhibit a lower Coulomb binding energy as compared to the intramolecular binding energy. However, by a spatial separation of the donor and the acceptor molecule, in-line of the polymer backbone, the Coulomb binding energy is reduced from 0.40 eV to 0.24 eV. Combining such CT states with the high dielectric constant obtained by zwitterionic side-chains would lead to an exciton binding energy close to the thermal energy, resulting in spontaneous free carrier generation on neat materials. This could potentially reduce the voltage losses and increase the PCE in OPV devices significantly. / Die organische Photovoltaik stellt eine kostengünstige, erneuerbare und daher zukunftsgerichtete Energieversorgung dar. Die Umwandlungseffizienz organischer Solarzellen von Sonnenenergie in elektrische Energie konnte über die letzten fünf Jahre auf 12% verdoppelt werden. Kommerziell erhältliche anorganische Solarzellen weisen im Vergleich dazu eine Effizienz von ca. 20% auf. Eine Möglichkeit, die Effizienz organischer Solarzellen zu erhöhen, ist die Umwandlung von Licht in Elektrizität nicht nur im sichtbaren Bereich, sondern zusätzlich auch im infraroten Bereich des Sonnenspektrums. Der größte Unterschied zwischen den organischen und anorganischen Solarzellen liegt allerdings in der Exzitonbindungsenergie, welche in organischen Materialien ca. 20 Mal größer ist. Um das Exziton in freie Ladungsträger zu trennen, wird in organischen Solarzellen deshalb ein Donator-Akzeptor-Übergang benutzt, welcher unter anderem auch für den Spannungs- und damit für den Effizienzverlust von organischen Solarzellen verantwortlich ist. Im ersten Teil der Dissertation werden verschiedene funktionalisierte Donator-Moleküle, die infrarotes Licht absorbieren, untersucht. Die Donator-Moleküle ohne zusätzliche Funktionalisierungsgruppe weisen dabei die höchste Umwandlungseffizienz auf. In den besten Zellen kann ein Unterschied zwischen der optischen und effektiven \"Bandlücke\" von 0,17 eV gemessen werden. Dieser Unterschied stellt die treibende Kraft für den Übergang des Elektrons vom Donator zum Akzeptor dar. Da jedoch dieser Unterschied in der besten Solarzelle am geringsten ist, scheint die Dissoziation der Ladungsträger in den untersuchten Donator-Akzeptor-Systemem nicht vom ihm abzuhängen. Die gemessene relative hohe Leerlaufspannung von 0,81 V ist 0,74 V kleiner als die effektive Bandlücke und zeigt die hohen Spannungsverluste organischer Solarzellen. Die Spannungsverluste anorganischer Solarzellen liegen im Bereich von 0,4 V. Ein Ansatz, um die Spannungsverluste zu verkleinern, liegt in der Reduzierung der Exzitonbindungsenergie, woraus ein größeres Exziton erfolgt. Mit der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie wird an einer Reihe organischer Moleküle gezeigt, dass die Exzitongröße bei einer Moleküllänge (oder Konjugationslänge) größer als 4nm bei 1,2nm sättigt. Für das größte Exziton, welches im Leiterpolymer Poly(benzimidazobenzophenanthroline) (BBL) vorhanden ist, wird eine Coulomb-Bindungsenergie von 0,4 eV berechnet und eine Exzitonbindungsenergie von 0,2 eV abgeschätzt. Die Exzitonbindungsenergie kann entweder durch Erhöhung der Dielektrizitätskonstante oder durch Erzeugung eines Ladungstransfer-Zustandes weiter verringert werden. Es wird gezeigt, dass mit einer neu entwickelten Methode auf Basis der Dichtefunktionaltheorie die ionischen und elektronischen Beiträge zur dielektrischen Funktion von BBL berechnet werden können. Die berechneten anisotropen Werte stimmen gut mit Werten aus Ellipsometriemessungen überein. Entlang der Polymerkette erhalten wir eine hohe Dielektrizitätskonstante von 8,3 und senkrecht dazu von ca. 3. Die hohe Dielektrizitätskonstante entlang der Polymerkette kann auf die starke Delokalisation der π-Elektronen zurückgeführt werden. Der Mittelwert der Dielektrizitätskonstante wird durch die ionischen Beiträge von 3,6 auf 4,2 erhöht. Um die Dielektrizitätskonstante weiter zu erhöhen, werden verschiedene polare Seitenketten am BBL-Polymer angebracht und die Dielektrizitätskonstante berechnet. Es wird gezeigt, dass die Anbringung einer zwitterionischen Seitenkette am BBL-Monomer die Dielektrizitätskonstante auf 17 erhöht. Um die Exzitonbindungsenergie durch einen Ladungstransfer-Zustand zu verringern, werden ein Donator- und ein Akzeptor-Molekül benötigt. Die Coulomb-Bindungsenergien der intermolekularen Ladungstransfer-Zustände werden berechnet. Es wird gezeigt, dass intermolekulare Ladungstransfer-Zustände zwischen zwei π-gestapelten BBL-Oligomeren keine Verringerung der Coulomb-Bindungsenergie bewirken. Bei einer räumlichen Trennung des Donator- und Akzeptor-Moleküls entlang der Polymerkette kann die Coulomb-Bindungsenergie von 0,40 eV auf 0,24 eV gesenkt werden. Eine Kombination aus diesem Ladungstransfer und der Erhöhung der Dielektirizitätskonstante durch zwitterionische Seitenketten kann zu einer niedrigen Exzitonbindungsenergie, nahe der thermischen Energie, und damit zu freien Ladungsträgern führen. Der damit verringerte Spannungsverlust kann die Umwandlungseffizienz organischer Solarzellen signifikant erhöhen.

Philosophiae Doctor - PhD / This work investigated the synthesis of Al2O3-coated TiO2 nanotubes via the anodisation technique for application in DSCs. TiO2 nanotube arrays with an average length of 15 μm, diameter of 50 nm and wall thickness of 15 nm were synthesised via anodisation using an organic neutral electrolyte consisting of 2 M H2O + 0.15 M NH4F + ethylene glycol (EG) at an applied voltage of 60 V for 6 hours. In addition, scanning electron microscope (SEM) micrographs showed that anodisation at these conditions yields nanotubes with smooth walls and hexagonally shaped, closed bottoms. X-ray diffraction (XRD) patterns revealed that the as-anodised nanotubes were amorphous and as such were annealed at 450 °C for 2 hours in air at atmospheric pressure, which yielded crystalline anatase TiO2 nanotubes. Highresolution transmission electron microscope (TEM) images revealed that the nanotube walls comprised of individual nano-sized TiO2 crystallites. Photoluminescence (PL) spectroscopy showed that the optical properties, especially the bandgap of the TiO2 nanotubes are dependent on the crystallinity, which in turn was dependent on the structural characteristics, such as the wall thickness, diameter and length. The PL measurements were supplemented by Raman spectra, which revealed an increased in the quantum confinement of the optical phonon modes of the nanotubes synthesised at low anodisation voltages, consequently yielding a larger bandgap The annealed nanotubes were then coated with a thin layer of alumina (Al2O3) using a simple sol-gel dip coating method, effectively used to coat films of nanoparticles. Atomic force microscopy (AFM) showed that the average nanotube diameter increased post sol-gel deposition, which suggests that the nanotubes are coated with a layer of Al2O3. This was confirmed with HR-TEM, in conjunction with selected area electron diffraction (SAED) and XRD analyses, which showed the coating of the nanotube walls with a thin layer of amorphous Al2O3 with a thickness between 4 and 7 nm. Ultraviolet-visible (UVvis) absorbance spectra showed that the dye-adsorption ability of the nanotubes are enhanced by the Al2O3 coating and hence is a viable material for solar cell application. Upon application in the DSC, it was found by means of photo-current density – voltage (I – V) measurements that a DSC fabricated with a 15 μm thick layer of bare TiO2 nanotubes has a photon-to-light conversion efficiency of 4.56%, which increased to 4.88% after coating the nanotubes with a layer of alumina. However, these devices had poorer conversion efficiencies than bare and Al2O3-coated TiO2 nanoparticle based DSCs, which boasted with efficiencies of 6.54 and 7.26%, respectively. The low efficiencies of the TiO2 nanotube based DSCs are ascribed to the low surface area of the layer of nanotubes, which yielded low photocurrent densities. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the electron lifetime in the alumina coated nanotubes are almost 20 times greater than in a bare layer of nanoparticles. In addition, it was also found that the charge transfer resistance at the interface of the TiO2/dye/electrolyte is the lowest for an Al2O3-coated TiO2 layer.

La modification des surfaces revêt un intérêt primordial dans de nombreux champs d'applications de la chimie, comme la chimie analytique et l'électronique moléculaire. Ce travail a porté sur l'étude de différentes monocouches liées de façon covalente à des surfaces conductrices (principalement le carbone) et préparées à partir de l'électroréduction de sels d'aryldiazonium. Ces monocouches organiques ont été fonctionnalisées avec des groupements terminaux électroactifs différents, et l'on s'est intéressé aux propriétés de transfert de charge (au sens large) des couches résultantes. Tout d'abord des couches portant un système redox simple à base de ferrocène ont été étudiées dans différents milieux organiques conventionnels et en milieu liquides ioniques. L'effet de l'éloignement du système redox vis-à-vis de la surface a été également analysé en variant la longueur du pont ancrant. Dans un second temps, les monocouches organiques ont été fonctionnalisées par des unités tétrathiafulvalène (TTF). Les TTF sont des molécules (donneur d'électrons) connues pour former des complexes à transfert de charge avec le tétracyanoquinodiméthane (TCNQ), accepteur d'électrons. La formation de complexes à transfert de charge entre des TTF immobilisées dans la monocouche et des dérivés TCNQ a été étudiée et modulée selon l'éloignement du TTF vis-à-vis de la surface (variation de la longueur du lien ancrant) et en fonction de la force de l'accepteur. Enfin, des monocouches avec des groupements terminaux de type fluorène ou spirobifluorène (SBF) ont été préparées. Le comportement bloquant vis-à-vis-du transfert d'électron a été étudié par microscopie électrochimique (SECM) en présence de deux médiateurs redox différents et la conductivité des couches a été évaluée par CP-AFM (microscopie à force atomique – mesure de courants locaux). Il est montré que les propriétés de transfert/transport de charges sont influencées par l'encombrement stérique associé au fluorène ou au SBF (variation de la substitution). Ces monocouches organiques stables, bien organisées apparaissent très prometteuses comme composants dans des dispositifs d'électronique moléculaire. / Surface modification is of paramount importance in many fields of chemistry like analytical chemistry and molecular electronics. This work deals with the study of different monolayers covalently bound on conducting (mainly carbon) surfaces, and produced from the electroreduction of aryldiazonium salts. By introducing electroactive components in the resulting monolayers, the different studies in this work mainly focused on charge-transfer properties (in a large sense). First, monolayers bearing simple redox-active ferrocenyl terminal groups were investigated. The electrochemical behavior of these monolayers was analyzed in different conventional organic media and in ionic liquids (RTILs) and by varying the length of the bridging unit between the surface and the ferrocene groups. Second, redox-active tetrathiafulvalene (TTF) molecules were used to functionalize the monolayers. TTF molecules are well-known donor molecules able to form charge-transfer complexes with tetracyanoquinodimethane (TCNQ) as an electron-acceptor. The formation of charge-transfer complexes between immobilized TTF and TCNQ derivatives was studied and modulated by varying the chain length of the bridging unit between the TTF donor and the surface and by varying the electron-withdrawing ability of the TCNQ acceptors. Third, monolayers with fluorene and spirobifluorene (SBF) terminal groups were prepared. The blocking behavior towards electron transfer was studied by electrochemical microscopy (SECM) with two redox mediators and the conductivity of the layers was investigated by CP-AFM (Conducting Probe-Atomic Force Microscopy). Effects due to the steric hindrance of the fluorene or SBF derivatives were evidenced. Such stable, organized and organic monolayers seem to be promising candidates for molecular electronic devices.

The thesis contains two parts. Part 1 describes the investigations on graphene and contains five sections. Section 1, gives a brief overview of graphene and other nanocarbons. The other four sections deal with various aspects of single-layer and few-layer graphene such as functionalization and solubilization, surface properties and gas adsorption, molecular charge transfer interaction and some properties and applications. Section 2 describes covalent and noncovalent functionalization and solubilization of few-layer graphene samples prepared by different methods as well as of single-walled carbon nanotubes (SWNTs). It includes covalent functionalization of graphene with organometallic reagents, noncovalent functionalization of graphene and SWNTs with surfactants as well as large aromatic molecules, and exfoliation of few-layer graphene by a water-soluble coronene carboxylate. Section 3 deals with surface properties and gas adsorption (mainly H2 and CO2) of few-layer graphenes. It is found that graphene samples with high surface area can adsorb even more than 3 wt% of H2 at high pressure which makes it promising material for gas-storage applications. Section 4 describes the molecular charge-transfer interaction of single and few-layered graphenes and SWNTs with different electron-donor and -acceptor molecules probed by both ITC measurements and Raman spectroscopy. Electron–acceptor molecules interact more strongly with graphene and SWNTs than the -donor molecules and nature of interaction of metallic SWNTs are different than the as-prepared ones. A Raman study of the interaction of single-layer graphene, prepared by micromechanical cleavage as well as chemical route, with an electron donor molecule such as tetrathiofulvalene (TTF) and an electron acceptor molecule such as tetracyanoethylene (TCNE) is examined. In Section 5, some properties and applications of graphene are discussed. These include fluorescence quenching phenomena observed with few-layer graphene samples on two fluorescent molecules such as coronene and perylene derivatives. Fabrication of a sensing device as well as of FETs prepared from doped and undoped few-layer and single-layer graphene samples forms part of this section. Part 2 of the thesis includes a brief introduction of hybrid open-framework material and synthesis, characterization and crystal structure of various open-framework metal carboxylates, starting with different transition and main group metals. The carboxylic acids used to form these frameworks vary such as simple aliphatic amino acids such as beta-alanine and aspartic acid or simple aliphatic hydroxyl carboxylic acid such as malic acid in its chiral and achiral forms or five-membered heterocyclic aromatic acid, such as imidazole dicarboxylic acid.

Ce travail de thèse porte sur l’étudephoto-physique de chromophores donneur-π-accepteur utilisés dans les cellules solaires àcolorant. Après photo-excitation, ces moléculessubissent des processus de transfert de chargeintramoléculaire (ICT), de solvatation etd’injection de charges qui se déroulent dans ledomaine temporel de la picoseconde. Or touterelaxation énergétique de l’état excité diminue lacinétique de l’injection de charges.Des mesures de spectroscopie stationnaire et defluorescence résolue en temps (de la femto- à lananoseconde) ont permis de résoudre ladynamique de relaxation de ces colorants ensolution, sur films mésoporeux et en cellulescomplètes.Les dynamiques de relaxation spectrale etd’inhibition de l’intensité de fluorescence del’état excité ont pu être caractériséesindépendamment et mettent en évidence unchangement d’état électronique à l’état excité.Les trois colorants étudiés évoluent vers un étatà transfert de charge (état CT). Un tel étatinteragit fortement avec son environnement.Afin d’étudier l’injection de charge dans lesoxydes mésoporeux semi-conducteurs, unmontage expérimental de fluorescence résolue entemps destiné à l’étude de systèmes opaques etdiffusifs a été réalisé et est décrit dans cette thèse.Ce montage possède une résolution temporelled’environ 300 fs.Les résultats mettent en évidence la présenced’une compétition entre l’injection de charges etla relaxation de l’état excité dans les cellulescomplètes. / This thesis deals with thephotophysical study of donor-π-acceptorchromophores used in dye sensitized solar cells.After photo-excitation, these molecules undergointramolecular charge transfer (ICT), solvationand charge injection processes that take place inthe picosecond time domain. However, anyenergetic relaxation of the excited statedecreases the injection kinetics.Steady-state spectroscopy and time-resolvedfluorescence measurements (from the femto- tothe nanosecond) were used to solve therelaxation dynamics of these dyes in solution, onmesoporous films and in complete cells.The spectral relaxation and fluorescencequenching dynamics of the excited state couldbe characterized independently and highlight anelectronic relaxation at the excited state. Thethree dyes studied evolve towards a chargetransfer state (CT state). Such a state is in stronginteraction with its environment.To study charge injection in semiconductormesoporous oxides, a time-resolvedfluorescence set-up for the study of opaque anddiffusive systems has been implemented and isdescribed in this thesis. It provides a timeresolution of about 300 fs.The results demonstrate the existence of acompetition between the injection of chargesand the relaxation of the excited state in thecomplete cells

Les semiconducteurs organiques (OSC) tels que les composés organiques photovoltaïques (OPVs), les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) ou encore les transistors organiques à effet de champ (OFETs) constituent un domaine de recherche très attractif en raison de leur potentiel en tant que couches actives dans les dispositifs optoélectroniques. Les composés aromatiques polycycliques ainsi que les hétéroaromatiques sont considérés comme des matériaux prometteurs pour les OSC en raison de leurs conductivités électriques potentielles, de leurs propriétés optiques ainsi que de leurs assemblages géométriques. Ces deux systèmes et leurs propriétés photophysiques ont été étudiés dans les trois chapitres de cette thèse. Dans le premier chapitre, une étude sur un ensemble d'acènes linéaires, angulaires et condensés consistant en des liens hétéroatomes avec des agrégations uniques a été décrite et analysée. Les hétéroacènes N-fusionnés angulaires et π-étendus sont la classe principale étudiée dans le deuxième chapitre. Leurs synthèses sont basées sur la réaction de couplage de Suzuki-Miyaura et la réaction de Cadogan. Outre les acènes et les hétéroacènes N-fusionnés, les N-hétéroaromatiques ont fait l'objet d'une attention particulière dans le domaine de matériaux. L'un d'entre eux est la classe des quinazolines utilisées comme partie acceptrice d'électrons dans les structures push-pull pour le transfert de charge intramoléculaire (TCI). L'étude des relations entre les structures dérivées du motif quinazoline de type donneur d'électron-accepteur-donneur (D-A-D) et leurs propriétés de photoluminescence est le principal travail mentionné dans le troisième chapitre. / Organic semiconductors (OSCs) are a highly attractive research field due to their potentials as active layers in optoelectronic devices such as organic field-effect transistors (OFETs), organic photovoltaic (OPVs) and organic light emitting diodes (OLEDs). Polycyclic aromatic compounds as well as heteroaromatics are considered as promising materials for OSCs due to their semi conductivity properties, optical properties and geometric structures. The mentioned systems and their photophysical properties were investigated in three chapters of my thesis. In the first chapter, a study on a set of linear, angular and condensed acenes consisting of heteroatom linkages with unique aggregations was described and analyzed. The angular and π-extended N-fused heteroacenes are the main class studied in the second chapter. Their synthesis is based on the Suzuki-Miyaura coupling and the Cadogan reactions. Besides acenes and N-fused heteroacenes, N-heteroaromatics have gained attention in material area. One of them is the quinazoline class that is known as an electron withdrawing unit in push-pull structures for intramolecular charge transfer (ICT). The investigation of the relationships between the electron donor-acceptor-donor (D-A-D) quinazoline-based structures and their photoluminescence properties is the main work mentioned in the third chapter.