Les réactions de transfert de charge entre molécules sont des processus fondamentaux dans de nombreux domaines scientifiques. En particulier, elles sont responsables de la conversion de la lumière en énergie chimique (photosynthèse) ou en énergie électrique dans les cellules solaires organiques (domaine du photovoltaïque). Ces dernières visent à produire de l’électricité à coût réduit afin de contribuer aux besoins en énergie renouvelable. Leur rendement reste toutefois faible (environ 5-6% contre 25% pour les cellules à base de silicium) et leur amélioration requiert l’optimisation de chaque étape du processus de transformation de l’énergie lumineuse en courant électrique : absorption de la lumière ; dissociation des excitations ; séparation des charges ; transport des charges. Les processus de dissociation d’excitations, de transport de charge, ainsi que de recombinaison de charges (diminuant le rendement de la cellule solaire) impliquent tous des réactions de transfert d’électron.
Les transistors à effet de champ sont des composants fondamentaux en électronique, utilisés comme interrupteurs, déterminant si le courant passe ou non. Les transistors organiques se posent comme alternative moins couteuse aux transistors à base de silicium. Comme dans les cellules solaires, les processus de transfert de charge sont d’une importance primordiale, gouvernant ici la mobilité des charges au sein du dispositif.
Rendre les dispositifs d’électroniques organiques concurrentiels par rapport aux dispositifs inorganiques nécessite de les rendre plus performants. Cette amélioration des performances passe, entre autres, par une optimisation des processus de transfert de charge. Dans ce contexte, cette thèse porte sur une étude théorique, basée sur des méthodes de chimie quantique et de mécanique moléculaire, de systèmes donneur-pont-accepteur, dans le but de mieux comprendre les processus de transfert de charge au sein de ces systèmes, en vue de leur utilisation en électronique organique. Ces systèmes présentent plusieurs avantages pour les cellules solaires : le fait de lier chimiquement le donneur et l’accepteur réduit la ségrégation de phase et la séparation des charges est facilitée lorsque les charges sont formées loin l’une de l’autre (grâce à la présence du pont) car l’attraction de Coulomb entre charges générées est réduite. Des molécules pontées peuvent également avoir d’autres applications, comme par exemple l’amélioration de la mobilité des charges dans un transistor organique à effet de champ en permettant un transport entre couches moléculaires.
Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à des structures modèles afin de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux associés aux processus à transfert de charge. Nous avons ensuite appliqué cette méthode à trois types de systèmes réels, synthétisés et caractérisés expérimentalement. La première étude concerne le transport de charge au sein d’un copolymère conjugué donneur/accepteur, F8BT. La seconde concerne l’utilisation de systèmes pontés en vue d’une utilisation dans des transistors à effets de champs organiques. La dernière concerne l’injection de charges dans un matériau organique conjugué via une couche mono-moléculaire auto-assemblée. Pour terminer, nous nous sommes intéressés à l’influence de la dynamique structurale (vibrations moléculaires) sur les vitesses des réactions de transfert de charge dans des systèmes donneur-pont-accepteur.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:BICfB/oai:umh.ac.be:ETDUMH:UMHetd-10272009-163000 |
| Date | 28 September 2009 |
| Creators | Van Vooren, Antoine |
| Contributors | Villers, Didier, Cornil, Jérôme, Brédas, Jean-Luc, Beljonne, David, Geerts, Yves, Robert, Toussaint, Albinsson, Bo |
| Publisher | Universite de Mons Hainaut |
| Source Sets | Bibliothèque interuniversitaire de la Communauté française de Belgique |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | text |
| Format | application/pdf |
| Source | http://theses.umh.ac.be/ETD-db/collection/available/UMHetd-10272009-163000/ |
| Rights | unrestricted, J'accepte que le texte de la thèse (ci-après l'oeuvre), sous réserve des parties couvertes par la confidentialité, soit publié dans le recueil électronique des thèses UMH. A cette fin, je donne licence à UMH : - le droit de fixer et de reproduire l'oeuvre sur support électronique : logiciel ETD/db - le droit de communiquer l'oeuvre au public Cette licence, gratuite et non exclusive, est valable pour toute la durée de la propriété littéraire et artistique, y compris ses éventuelles prolongations, et pour le monde entier. Je conserve tous les autres droits pour la reproduction et la communication de la thèse, ainsi que le droit de l'utiliser dans de futurs travaux. Je certifie avoir obtenu, conformément à la législation sur le droit d'auteur et aux exigences du droit à l'image, toutes les autorisations nécessaires à la reproduction dans ma thèse d'images, de textes, et/ou de toute oeuvre protégés par le droit d'auteur, et avoir obtenu les autorisations nécessaires à leur communication à des tiers. Au cas où un tiers est titulaire d'un droit de propriété intellectuelle sur tout ou partie de ma thèse, je certifie avoir obtenu son autorisation écrite pour l'exercice des droits mentionnés ci-dessus. |
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