Ce travail a consisté à élaborer de nouveaux verres moléculaires transporteurs de trou dérivés du carbazole pour remplacer le spiro-OMeTAD (matériau de référence) dans les cellules solaires hybrides à colorant tout solide. Nous avons synthétisé différents dérivés du carbazole 3, 6, 9 substitués, établi leurs principales propriétés physico-chimiques et les avons utilisés en DSSC solide. Nous avons mis en évidence l'intérêt de greffer des groupements bis(4-méthoxyphényl)amines en positions 3, 6 et des aryles en position 9 du carbazole pour obtenir des matériaux performants. Finalement, cette structure type établie a permis de développer un concept innovant de synthèse de dérivés de carbazole ouvrant la voie à l'élaboration d'une large famille de verres moléculaires et permettant la préparation aisée de structures complexes performantes dans les DSSC solide. Nos meilleurs matériaux ont donné, en dispositifs sans optimisation, des performances comparables à celles du spiro-OMeTAD permettant d'entrevoir à terme la préparation de dispositifs à sensibilisateur pérovskite de rendements supérieurs à 15% / The aim ot this work has been to prepare new hole transporting molecular glasses based on carbazole moieties as an alternative to spiro-OMeTAD (standard material) in solid state dye sentitized solar cells (ssDSSC). We have synthesized several 3, 6, 9 substituted carbazole derivatives and have established their physical and chemical properties prior using them in photovoltaic devices. We have demonstrated the interest of grafting functional groups as bis(4-methoxyphenyl)amines on 3, 6 positions and aryl substitutes on the 9 position of carbazole to obtain efficient materials. Finally, this latter chemical structure has been used as a building block to develop an innovative concept of synthesis of carbazole based materials, smoothing the way to easy synthesis of a wide family of efficient molecular glasses for ssDSSC. Our best materials exhibit similar power conversion efficiency compare to the standard spiro-OMeTAD. According to these preliminary results, we expect reaching power conversion efficiencies over 15% with our carbazole based hole transporting materials associated with peroskite sensitizer.

Ce travail de thèse a permis de concevoir, synthétiser et caractériser de nouveaux verres moléculaires à base de carbazole pour la réalisation de cellules solaires DSSC solide ou de type pérovskite. Ces structures sont une alternative à la molécule de référence à base de spirobifluorène (Spiro-OMeTAD) utilisée majoritairement dans les dispositifs hybrides. Nous avons optimisé une voie de synthèse simple et rapide d’un « synthon carbazole » servant de précurseur à la conception d’une large variété de verres moléculaires transporteur de trous (HTM). Cette voie de synthèse a ainsi permis de réaliser une première génération de molécules possédant un unique synthon carbazole substitué par des groupements aryles (naphtalène, pyrène, triazatruxène) puis une seconde génération incorporant deux synthons carbazole séparés par un espaceur alkylé. Dans les deux cas, les voies de synthèse sont simples et les rendements de conversion d’énergie générés en DSSC solides sont prometteurs (entre 2,22 et 2,47 % avec le colorant D102). Une étude préliminaire de vieillissement consistant à analyser la dégradation en thermolyse et photolyse d’un film mince utilisant un HTM carbazole montre que ce dernier (Cz-P) possède une stabilité comparable au Spiro-OMeTAD en absence de dioxygène. Finalement, deux verres moléculaires ont été étudiés en cellules de type pérovskite permettant d’atteindre des rendement de conversion de 13,08 % et 12,41 % (pour Cz-P et Cz-PF) quasi-identiques à ceux à base de Spiro-OMeTAD (13,45 %) confirmant que ces structures à base de synthon carbazole sont aussi de bons candidats pour la réalisation de cellule pérovskite performantes. / The aim of this work was to design, synthesize and characterize new carbazole based molecular glasses for the realization of solid state DSSC or perovskite solar cells. These structures would be an alternative to the reference molecule based on spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) mainly used in hybrid devices. We have optimized a simple way to synthetize a "synthon" as a precursor to the design of a wide variety of efficient hole transporting materials (HTM). This synthesis pathway has allowed producing a first generation of molecules based on a single carbazole synthon substituted by aryl groups (naphthalene, pyrene, triazatruxene) then a second generation incorporating two carbazole synthons separated by an alkyl spacer. In both cases, the synthesis pathways are simple and the energy conversion efficiencies generated in solid DSSCs are promising (between 2.22 % and 2.47 % with the D102 dye). A preliminary ageing study has consisted in analyzing the degradation during thermolysis or photolysis of a carbazole based thin film. It was shown that Cz-P possesses stability similar to Spiro-OMeTAD in the absence of oxygen. Finally, two carbazole molecular glasses were studied in perovskite cells to achieve conversion efficiencies of 13.08 % and 12.41 % (for Cz-P and Cz-PF respectively) almost identical to the one based on Spiro-OMeTAD (13.45 %), confirming that these carbazole based structures are good candidates for the realization of efficient perovskite cells.