Aujourd'hui, les meilleurs résultats obtenus avec des cellules photovoltaïques organiques atteignent plus de 10 %, et possèdent de nombreux avantages sur les cellules classiques à base de silicium (faibles coûts énergétique et financier, substrats légers et flexibles). Cependant, de nombreux défis technologiques restent à relever. La recherche de nouvelles molécules absorbantes et efficaces pour le photovoltaïque en est un exemple. Nous nous sommes ainsi intéressés à une famille de dipyrrométhènes métallés (Co, Ni, Cu). C'est un système stable, ?-conjugué et fortement absorbant. Après avoir mis au point un protocole de synthèse et caractériser ces complexes, nous avons pu confirmer le caractère semi-conducteur de ces molécules. Malheureusement, les résultats PV sont restés bien en deçà de nos espérances. Un autre aspect limitant du photovoltaïque organique provient des problèmes d'injection de charges à l'interface anodique. Dans le travail que nous présentons, nous avons étudié une famille de molécules, les dipyrannylidènes, comme couche interstitielle anodique pour collecter les trous au sein d'une cellule solaire organique. Une étude en AFM a permis de mettre en évidence une nano-structuration remarquable d'une couche préparée par évaporation sous vide. Les cellules photovoltaïques préparées avec cette couche interstitielle se sont avérées très efficaces. Enfin, des expériences en photoémission ont été réalisées (synchrotron SOLEIL) afin de comprendre le fonctionnement de cette couche et l'importance de sa structuration. / Today, organic photovoltaic solar cells reach more than 10% yield, and have many advantages over conventional silicon cells (low energy and financial cost, lightweight and flexible substrates). However, many technical challenges remain. Finding new and effective absorbing molecules for photovoltaics is one of them. We first studied a new family of molecules, metallated (Co, Ni, Cu) dipyrromethene. These molecule are stable, π-conjugated and highly absorbent. Having developed a protocol synthesis and characterized these complexes, we confirmed the semiconductor behaviour of these molecules. Unfortunately, the PV results were well below our expectations. Another aspect limiting the organic photovoltaic technology comes from problems of charge injection at the anodic interface. In this work we present a family of molecules, dipyrannylidenes as anodic interfacial layer to collect holes in an organic solar cell. An AFM study has highlighted a remarkable nanostructuring prepared by a vacuum evaporation layer. Photovoltaic cells made with this interstitial layer proved very effective. Finally, experiments were performed in photoemission (SOLEIL synchrotron) to understand the functioning of this layer and the importance of its structure.

L’objectif de cette thèse consistait à développer des colorants de la famille des polyméthines absorbant dans le proche infrarouge et présentant des propriétés d’optique non-linéaire (ONL) prononcées. De nouveaux chromophores ont été préparés et leurs propriétés spectroscopiques ont été systématiquement étudiées afin d’établir des relations structures-propriétés. Cette stratégie a permis l’identification des facteurs permettant d’exalter la réponse ONL des polyméthines et de prédire leur comportement face à de subtiles modifications structurales. Trois familles de colorants ont été préparées : des monométhines aza-dipyrrométhènes de bore, des heptaméthines symétriques ainsi que des heptaméthines dissymétriques.Dans un premier temps, des aza-bodipys possédant des groupements donneurs périphériques sont synthétisés. Une étude spectroscopique approfondie permet d’identifier les structures présentant une absorption à deux photons importante en vue d’applications en limitation optique aux longueurs d’onde des télécommunications (1500 nm). Le chapitre suivant a pour but de rationaliser les équilibres de la limite cyanine. L’étude de la substitution centrale de nombreux dérivés heptaméthines a permis de moduler leurs propriétés optiques sur une large gamme spectrale et de mettre en évidence une nouvelle structure électronique limite de type bis-dipôle. Parmi cette famille de colorants, des dérivés keto-heptaméthines ont été utilisées en imagerie biologique (cellules et cerveau) par microscopie non-linéaire. Enfin, l’élaboration de structures heptaméthines dissymétriques originales est détaillée dans le dernier chapitre. Ces chromophores ont révélé des propriétés ONL du second ordre idéales pour des applications en modulation électro-optique. / The aim of this thesis consisted in developing dyes from the polymethine family absorbing in the near-infrared (NIR) region and featuring pronounced nonlinear optical (NLO) properties. Several new chromophores have been prepared and their spectroscopic properties have been systematically investigated in order to establish structure-properties relationships. This strategy has permitted the identification of the factors that enhance the NLO response of polymethines and allowed the prediction of their optical behaviour depending on subtle structural modifications. Three families of dyes have been prepared and investigated: boron aza-dipyrro-monomethines (aza-bodipys), symmetrical heptamethines and unsymmetrical heptamethines.In a first time, aza-bodipys possessing electro-donating peripherical substituants has been synthesized. A detailed spectroscopic study allow the identification of structures that present a high two-photon absorption (TPA), towards optical limiting applications at telecommunication wavelengths (1500 nm). The next chapter rationalizes the equilibrium surrounding the cyanine limit. The study of the central substitution of several heptamethines derivatives permitted the fine tuning of their optical properties upon a large spectral region and evidenced a new bis-dipolar electronic structure. Within this dye family, keto heptamethine derivatives has been tested in bio-imaging experiments (living cells and brain) using non-linear microscopy. Finally, the elaboration of original unsymmetrical heptamethines is detailed in the last chapter. These chromophores revealed ideal second order NLO properties for applications in electro-optic modulation.