Academic literature on the topic 'Donneurs d'électrons organiques (DEO)'

Les donneurs d'électrons organiques (DEO), aux potentiels redox exceptionnellement négatifs, ont montré un intérêt particulier en synthèse organique du fait de leurs fortes propriétés réductrices. Ils sont capables de transférer spontanément un ou deux électrons à des substrats organiques, formant ainsi des intermédiaires radicalaires ou anioniques. Néanmoins, la diversité structurale des DEO est limitée et leur champ d'application assez restreint.Dans cette thèse, nous avons tout d'abord développé de nouvelles bibliothèques de DEO afin d'identifier de nouvelles familles de réducteurs organiques, d'élargir la gamme de potentiels redox et d'accéder à de nouvelles réactivités. Des modulations structurales appropriées sur sept catégories de sels d'iminium ont donné accès à de puissants DEO avec diverses capacités réductrices. Cette étude a également permis de rationaliser les facteurs régissant le transfert d’un ou deux électrons en fonction de la structure du DEO et des conditions réactionnelles. Une enquête mécanistique plus approfondie a confirmé les structures des espèces donneuses d'électrons formellement actives. Enfin, les DEO se sont également avérés être de remarquables systèmes redox organiques pour l’amorçage de réactions de polymérisation radicalaire et anionique. Alors que la propagation anionique est initiée par réduction directe du monomère, la simple addition d'un oxydant compétitif, avec un potentiel de réduction plus élevé, permet de passer à un processus de propagation radicalaire. Ces stratégies de polymérisation ont montré une excellente applicabilité pour la préparation d'une large gamme de (co-)polymères à haute valeur ajoutée
Organic electron donors (OEDs) with exceptionally negative redox potentials have attracted considerable attention in organic synthesis as powerful reducers. They enable the spontaneous transfer of one or two electrons to organic substrates, to form radical or anionic intermediates. Nevertheless, the structural diversity of OEDs is limited and their application scope quite narrow. In this thesis, we first developed novel libraries of OEDs in order to identify new families of organic reducers, broaden the range of redox potentials and access new reducing reactivities. Appropriate structural modulations on seven categories of iminium salts gave access to powerful OED with various reducing abilities. It also allowed to rationalize the factors governing single- or double-electron transfers according to the OED structures and the reaction conditions. A more thorough mechanistic investigation was conducted to formally confirm the active electron donor species at work.Finally, OEDs also appeared to be remarkable organic redox initiating systems for both free radical and anionic polymerization reactions. While the anionic propagation was promoted by direct reduction of the monomer, simple addition of a competing oxidant with a higher reduction potential allowed to switch to a clean free radical propagation process. Scope investigation exhibited excellent applicability of these self-initiating polymerization strategies, which enabled the preparation of a large array of (co-)polymers with high added values

Durant ces dernières décennies, la réactivité des donneurs d’électrons organiques de type énamine (DEO) a été largement exploitée dans des réactions de réduction par transfert électronique. De part leurs forts pouvoir réducteur avec des potentiels redox exceptionellement négatifs, les DEOs sont capables de transférer spontanément un ou deux électrons à des substrats organiques, formant ainsi des intermédiaires radicalaires ou anioniques. Cependant, ces DEOs sont toujours utilisés en quantité stœchiométrique, ce qui limite leur compétivité face aux catalyseurs organométalliques et organiques.Les travaux de cette thèse consistent à répondre à cette problématique en développant un nouveau système catalytique avec ces DEOs. Pour cela, plusieurs stratégies ont été envisagées. Dans une première méthode, une quantité catalytique du DEO serait utilisée pour amorcer le transfert d’électron pour la réduction du substrat. L’oxydation d’intermédiaires radicalaires générés, permettrait alors de régénérer le DEO. Cette stratégie n’a malheureusement pas donné de résultat. Une seconde méthode consisterait à régénérer le DEO à partir de la forme oxydée DEO2+, stable à l’air et d’un donneur d’électron sacrificiel (amine tertiaire, dithionite de sodium ou Rongalite®) sous photoactivation. Plusieurs étapes d’optimisation ont permis d’aboutir à un système catalytique photoredox efficace avec la forme oxydée comme photocatalyseur et la Rongalite® en tant que donneur sacrificiel. Ce nouveau système catalytique photoredox a été appliqué à la réduction de divers groupements fonctionnels (sulfone, halogénure d’aryle, triflate) par transfert mono et biélectronique
During this last decade, the reactivity of enamine-based organic electron donor (OED) has been widely explored in electron transfer processes. With exceptionally negative redox potentials, OEDs spontaneously promote single (SET) or double electron transfer (DET) to an organic substrate, to form radical or anionic intermediates. However, the use of stoichiometric amount of OEDs limits their competitivity compared to their organometallic and organic catalysts. This thesis project consisted in developing a new catalytic system with OEDs. Different strategies were envisaged. In a first method a catalytic amount of OED would initiate the electron transfer to reduce the substrate. The oxidation of the generated radical intermediate would allow the regeneration of OED. Unfortunately, this strategy was unsuccessful. The second strategy would consist in regenerating the OED from its air-stable oxidized form OED2+ and a sacrificial electron donor (tertiary amine, sodium dithionite or Rongalite®) under photoactivation. Several optimizing steps allowed the development of a new efficient catalytic photoredox system with the oxidized form as photocatalyst and Rongalite® as sacrificial electron donor. This new photoredox catalytic system was applied to the reduction of various functionals groups (sulfone, aryl halide and triflate) by single electron transfer (SET) and double electron transfer (DET). The reactivity of the photocatalytic system was also explored in radical addition reactions

Les réducteurs organiques de type énamine (DEOs) représentent une alternative intéressante aux photocatalyseurs métalliques et aux colorants organiques. Ces structures sont capables de transférer spontanément un (SET) ou deux électrons (DET) à des substrats organiques réputés difficiles à réduire. Cependant, ces donneurs d’électrons sont instables à l’air et/ou se décomposent rapidement du fait de leur temps de vie très court, perdant ainsi leurs capacités réductrices. Pour répondre à cette problématique, nous avons développé plusieurs stratégies de génération in situ de DEOs à partir de précurseurs carboxylates stables à l’air. La décarboxylation du 4-(diméthylamino)-1-méthylpyridinium-2-carboxylate , sous activation thermique (150°C), et du 1,3-diméthylbenzimidazolium-2-carboxylate BzIMe-CO2 à température ambiante dans un mélange 5% H2O/1,4-dioxane, génère respectivement le di-pyridin-2-ylidène et le di-1,3-diméthylbenzimidazolin-2-ylidène. Ces deux réducteurs promeuvent la réduction de fonctions halogènes et sulfones sur des substrats diversement fonctionnalisés. Ces précurseurs facilitent l’accès aux DEOs tout en conservant leurs réactivités.Le développement de nouveaux précurseurs nous a également conduit aux adduits isoquinoléines trihalogénométhylés Iso-CCl3 et Iso-CF3. Activables sous irradiation lumineuse (lumière visible ou UV), ces précurseurs, stables à l’air, génèrent respectivement des intermédiaires radicalaires ou une forme excitée réductrice, capables d’induire la polymérisation radicalaire de nombreux monomères. La réduction de dérivés bromobenzyles et d’iodures d’aryle par transfert d’électrons est également accessible avec l’adduit trifluorométhylé
Enamine-based Organic Electron Donors (OEDs) are attracting attention as a serious alternative to metal or organic dye photocatalysts. They spontaneously promote single- (SET) or double electron-transfers (DET) to challenging substrates. However, organic reducers are unstable at air and/or elusive, so they rapidly decompose, and lose their reducing abilities. To deal with this issue, we developed several new strategies using carboxylate adducts as air-stable OED-precursors. The 4-(dimethylamino)-1-methylpyridinium-2-carboxylate DMAP-Me-CO2 and the 1,3-dimethylbenzimidazolium-2-carboxylate BzIMe-CO2 were efficiently in situ decarboxylated under thermal- (150°C) and water-activation (5% H2O/1,4-dioxane), respectively, to generate the corresponding di-pyridin-2-ylidene and di-1,3-dimethylbenzimidazolin-2-ylidene. These two OEDs promote the reduction of various polyfunctionalized aryl iodide and sulfone derivatives. The multiple strategies ensure the OED-practicality without affecting theirs reactivities.The development of new precursors also led us to trihalogenated isoquinolinium adducts Iso-CCl3 and Iso-CF3. Activable under visible light or UV-irradiation, these air-stables precursors induce the formation of radical intermediates or excited reducing state, respectively, able to promote the radical polymerisation of various monomers. The reduction by electron transfer of benzyl bromide and aryl iodide is also accessible with the trifluoromethyl adduct

L’électronique organique (EO) s’articule autour de l’utilisation des semi-conducteurs organiques (SCOs). Les diodes organiques électroluminescentes (OLEDs) font partie des technologies électroniques les plus matures et sont déjà présentes dans nos smartphones, ordinateurs et téléviseurs. Durant cette thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés à l’élaboration de matrices hôtes pour la seconde génération d’OLEDs : les diodes organiques électrophosphorescentes (PhOLEDs). Deux design moléculaires différents ont été conçus avec deux objectifs différents. Le premier objectif consiste à développer de nouvelles matrices hôtes utilisant l’architecture Donneur-spiro-Accepteur pour des PhOLEDs monocouches, qui sont des dispositifs simplifiés utilisant seulement les électrodes et la couche émissive. Ces travaux ont conduit à la fabrication de PhOLEDs monocouches des trois couleurs présentes dans un pixel (rouge, vert et bleu), et des couleurs pour l’éclairage (jaune et blanc). Des records de performances ont été obtenus. Le deuxième objectif consiste à développer de nouveaux SCOs appelés nano-anneaux. Après un chapitre bibliographique analysant les performances des nano-anneaux en EO, nous présenterons une étude de structure/propriétés de nano-anneaux donneur-accepteur. Ces travaux, nous ont permis de mieux comprendre les propriétés singulières de ces composés cycliques à base de carbazoles, qui ont ensuite ont été incorporés dans des PhOLEDs multicouches pour évaluer leurs performances en tant que matrice hôtes. Ces travaux représentent les premiers exemples du domaine
Organic electronics (EO) is based on organic semiconductors (OSCs). Organic light-emitting diodes (OLEDs) are among the most mature EO technologies and are already present in our smartphones, computers and televisions. During this thesis, we were particularly interested in the development of host materials for the second generation of OLEDs: organic electrophosphorescent diodes (PhOLEDs). Two different molecular designs have been elaborated with two different objectives. The first objective was to develop new host materials using the Donor-spiro-Acceptor architecture for single-layer PhOLEDs, which are simplified devices using only the electrodes and the emissive layer. This work has enabled the fabrication of single-layer PhOLEDs in the three colours present in a pixel (red, green and blue) and in the colours used for lighting (yellow and white). Device performance records have been obtained. The second objective was to develop new SCOs, with a cylindric shape, called nanohoops. After a bibliographic chapter analysing the performance of nanohoops in EO, we present a structure/properties study of Donor-Acceptor nanohoops. This work enabled us to gain a better understanding of the unique properties of these carbazole-based nanohoops, which were then incorporated into multilayer PhOLEDs to measure their performances. This work provides the first exemples of the field

Des complexes de transfert de charge (ctc) entre le 7,7,8,8-tetracyano-p-quinodimethane (tcnq) et des precurseurs silyles enrichis en electrons ont ete prepares en solution. Les precurseurs choisis sont constitues de motifs thiopheniques substitues sur leurs positions et ' par des centres phosphores. Parmi les derives de phosphine synthetises (p = o, ch 3p +i -, p-bh 3, pw(co) 5), les diphosphines restent les plus aptes a former des ctc. Ainsi, l'hydrolyse-polycondensation du complexe diphosphine/tcnq nous a permis d'obtenir des materiaux hybrides contenant des ctc ayant les memes caracteristiques que ceux en solution. La formation prealable du complexe au sein des solides s'accompagne en presence de trace d'eau, de l'oxydation partielle des centres phosphores. Par ailleurs, la degradation du ctc au sein des solides est observee au bout de quelques semaines par action de l'oxygene de l'air. Les lanthanides (iii) sont des sondes particulierement interessantes du point de vue de leurs proprietes de photoluminescence, puisqu'ils fournissent une image pertinente de leur proche environnement, notamment en ce qui concerne leur premiere sphere de coordination. L'hydrolyse-polycondensation de complexes organiques silyles de ln 3 + (eu 3 +, tb 3 + et gd 3 +) et l'incorporation directe de sels d'eu 3 + via des ligands p=o au sein de materiaux hybrides amorphes, nous a permis d'obtenir des materiaux dotes de proprietes de photoluminescences. Nous avons observe par differentes techniques d'analyse (rmn du 2 9si, 1 3c, 3 1p a l'etat solide, analyse elementaire et photoluminescence), que la complexation de ln 3 + par les groupements p=o au sein des solides n'etait possible que si les 3 conditions suivantes etaient remplies : presence

Ce manuscrit de thèse porte sur la synthèse de nouveaux assemblages covalents Donneur(s)-Accepteur(s) [BODIPY(s)-C60(s), BDP-C60] qui pourraient conduire à des applications potentielles en électronique organique et en photo-catalyse. Pour atteindre ces objectifs, nous avons dans un premier temps mis au point une nouvelle stratégie de synthèse permettant la double fonctionnalisation d’un dérivé du C60, par différents BDP(s), via des réactions de chimie clic. Cette nouvelle stratégie a permis la synthèse d’assemblages BPD(s)-C60(s) complexes conduisant à des processus photo-induits multiples liés à l’arrangement des différents partenaires (transfert d’électron et/ou transfert d’énergie). La seconde partie de cette thèse a porté sur la synthèse et la caractérisation de dérivés du BDP étendus fonctionnalisés par une ou deux unités ferrocène(s) (Fc) ou tetrathiafulvalène(s) (TTF). Ces assemblages présentent des propriétés d’absorption étendues dans le domaine du visible voire dans le proche IR dans certains cas. En outre, une bonne communication électronique entre les unités redox (Fc-BDP ou TTF-BDP) à l’état fondamental et excité a été mise en évidence. La modulation de l’émission de fluorescence du BDP dans certains de ces assemblages a également été mise en évidence par modification de l’état redox (du TTF ou du Fc) ouvrant la voie à des applications en électro-fluorochromisme.Ces assemblages ont été par la suite greffés sur la nouvelle plateforme C60 d’une manière simple et efficace. Les premières études réalisées sur les assemblages (Fc(s))-BDP-C60 ont révélé l’existence de processus de transfert d’électron en cascade, suite à la photo-excitation du BDP, avec une augmentation considérable des temps de vie des états de charges séparées. La dernière partie de ce manuscrit expose les résultats obtenus lors de l’immobilisation des systèmes BDP-C60 sur des surfaces d’or sous la forme de monocouches auto-assemblées. L’objectif est ici de développer des cellules photo-électrochimiques organiques (PEC) pour la génération de photo-courant. Pour réaliser cet objectif, ces assemblages BDP-C60 ont été modifiés par un hexa-peptide adoptant une conformation hélicoïdale, ce dernier permettant une meilleure structuration de la surface et un meilleur transport des électrons vers la surface métallique comparativement à une chaîne alkyle. Lors de cette partie, nous avons montré que l’association du peptide au C60 conduisait à une meilleure structuration de la surface par comparaison à une chaîne alkyle. Enfin, l’incorporation de monocouches auto-assemblées à base de (BDP)-C60-peptide dans des cellules photo-électrochimiques a montré une meilleure efficacité en termes de génération de photo-courant comparativement aux analogues fonctionnalisés par une chaîne alkyle
This manuscript describes the synthesis and characterization of novel BODIPY-[60]Fullerene –based Donor-Acceptor conjugates for applications in organic electronics and photocatalysis.In the first part of this dissertation, we report the elaboration of a novel dual clickable methanofullerene building block that can be functionalized, on both sides of the C60, by different BDP light-harvester/electron donor appendages. This strategy allowed the efficient and straightforward construction of complex BDP-C60 –based arrays exhibiting multiple photoinduced events (electron or /and energy transfer) brought by the closely-spaced arrangement between the redox counterparts. In the second part of this thesis, we report the synthesis and characterization of extended-BDP derivatives containing one or two units of Ferrocene (Fc) or tetrathiafulvalene (TTF) donors. The resulting conjugates displayed remarkable light-harvesting properties with wide absorption in the visible region that can be extended to the NIR in some cases. In addition, a good electronic communication between the redox centers (Fc-BDP or TTF-BDP) at the fundamental or/and excited states was demonstrated in these conjugates. The modulation of the BDP emission within these assemblies was also investigated by switching the redox properties of the TTF and Fc moieties. Moreover, these TTF-BDP and Fc-BDP systems were consecutively connected to the newly-described methanofullerene platform using our described synthetic strategy in the previous part, which resulted in the formation of TTF-BDP-C60 and Fc-BDP-C60 assemblies in an efficient manner. These derivatives exhibited interesting photophysical and photodynamic properties thanks to the occurrence of efficient cascade PET processes, resulting in the formation of relatively-long charge-separated state lifetimes. Finally, in the last part of this dissertation, we report the immobilization of the BDP-C60 and extended-BDP-C60 –based assemblies on gold surfaces through the formation of self-assembled monolayers (SAMs) for the design of photoelectrochemical cells (PEC). For this, we appended a helical peptide, playing a dual role as structuring agent and good electron mediator, between the metallic surface and the redox centers. The association of the (BDP)-C60 derivatives with the peptide spacer appeared as a successful strategy for the formation of more dense and vertically-oriented monolayers, when compared to their alkyl chains analogs. The incorporation of the SAM-based BDP-C60-peptide assemblies in a PEC device revealed interesting photocurrent generation properties, which makes these assemblies potential candidates for organic electronics applications

L’énergie solaire photovoltaïque organique (OPV) est une technologie émergente exempte de matériaux rares et à faibles coûts énergétiques de production. Ces modules, composés de plusieurs couches minces empilées, peuvent être souples, semi-transparents et de différentes formes et couleurs, permettant de les intégrer dans le paysage urbain ou aux objets du quotidien. A l’échelle laboratoire, les rendements de conversion énergétique reportés en OPV n’ont cessé de croitre d’année en année, grâce en particulier à l’émergence de nouvelles couches actives, classiquement composées de deux semi-conducteurs organiques, l’un donneur d’électrons, l’autre accepteur d’électrons (système binaire). Il a été montré qu’il est possible d’en ajouter un troisième pour former un mélange ternaire afin d’améliorer les performances tout en gardant les mêmes coûts de production. Le but de cette thèse est donc de comprendre l’impact du troisième composé et de développer des solutions innovantes tout en intégrant les contraintes liées à leur industrialisation. Dans un premier temps, des couches binaires à base des polymères DT-PDPP2T-TT et PTQ10 ont été mises au point en respectant ces contraintes. Leurs performances prometteuses ont servi de socle à l’étude des mélanges ternaires. Le premier raisonnement s’est basé sur l’augmentation de la densité de courant de court-circuit en ajoutant un composé présentant un spectre d’absorption solaire complémentaire. Cette démarche n’a pas été concluante car le facteur de forme diminuait fortement. Il a alors été décidé de se concentrer sur ce paramètre en ajoutant du PC61BM, accepteur à forte mobilité d’électrons. Cette stratégie a permis de porter les rendements de conversion jusqu’à 10.3% en conditions semi-industrielles avec un solvant non toxique et jusqu’à 14.7% avec un solvant halogéné. Cette amélioration a été attribuée à des changements morphologiques impactant le transport de charge. De plus, lorsque les accepteurs sont miscibles, la tension en circuit ouvert est proportionnelle au ratio entre les deux accepteurs. Une approche prédictive basée sur les énergies de surface a ensuite été menée pour mesurer la compatibilité des matériaux entre eux. Les dispositifs ternaires à base de PTQ10 : 4TIC-4F : PC61BM ont montré une meilleure photostabilité. Pour finir, une étude de pré-industrialisation s’est avérée concluante en vue d’essais à plus grande échelle
Organic photovoltaics (OPV) is a promising solar energy technology excluding the usage of rare elements and with low production costs. These multilayer OPV modules can be flexible, semi-transparent and with various colors enabling innovative usage in the urban landscape and on our everyday technological items. At lab scale, over the years, the power conversion efficiency of OPV cells grew up dramatically, especially thanks to the development of novel active layers, blends of two organic semiconductors, one electron donor and one electron acceptor (binary system). Recently, it has been shown that adding a third material in the active layer, forming a ternary blend, increases the performances. This strategy is of interest for the OPV industry by maintaining the low production costs of the modules. Therefore, this work aims to understand the role of this third component and to develop innovative active layers while respecting the industrial requirements for large-scale production. First, we focused on binary blends with PTQ10 and DT-PPDT2T-TT as polymeric donors. Promising efficiencies were achieved on these binary systems as a base for our ternary studies. We tried to increase the short circuit current by adding a third organic semiconductor with complementary light absorption. This approach was not successful because the fill factor dropped drastically. Thus, we focused on improving this parameter by adding the well-known fullerene acceptor PC61BM. This strategy enabled to increase the efficiency up to 10.3% in semi-industrial conditions with a non-toxic solvent and up to 14.7% in halogenated solvent. Morphological changes were responsible of charge transport improvement, which has proven to be one of the key factor in ternary blends. In addition, the open circuit voltage has been shown proportional to the weight ratio between both acceptors when they form an alloy. Based on these studies, we developed a predictive approach to assess the compatibility between the materials. Finally, ternary PTQ10:4TIC-4F:PC61BM devices turned out to be the most promising in terms of pre-industrialization and photostability

Actuellement, l'élaboration de matériaux nanohybrides organiques/inorganiques suscite l'engouement de nombreux chercheurs du fait de leurs diverses applications potentielles. Le but de ce projet de thèse a été de préparer et caractériser de nouveaux éléments inorganiques et organiques permettant la conception de nanohybrides multi-fonctionnels possédant des propriétés répondant aux problématiques actuelles. Dans cet objectif, nous avons préparé des nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO) en tant que composant inorganique par ablation laser. La surface de ces NPs peut être modifiée par des composés organiques possédant un groupe d'ancrage acide carboxylique. Nous avonssynthétisé et caractérisé des dérivés viologènes, bien connu comme de forts accepteurs d'électron, possédant le groupe d'ancrage. Les nanohybrides de ZnO/viologènes ont été préparés et caractérisés par diverses techniques de spectroscopie. Nous avons développé des voies de synthèse efficaces permettant d'obtenir une série de nouveaux hétérocycles possédant des propriétés de donneur d'électron : dérivés de dibenzo[2,3:5,6]pyrrolizino[1,7-bc]indolo[1,2,3-lm]carbazole. Ces nouvelles molécules présentent une forte stabilité thermique et une forte fluorescence dans le domaine du visible. Leurs propriétés d'absorption à un et deux photons (Proche-infrarouge) ainsi que leur habilité de donneur d'électron ont été étudiés expérimentalement et à l'aide de calculs de mécanique quantique. Les éléments organiques et inorganiques étudiés sont des motifs de choix pour l'élaboration future de nanohybrides utilisables pour diverses applications comme dans le domaine de l'énergie photovoltaïque ou encore l'imagerie médicale
Currently, the development of organic/inorganic nanohybrid materials arouses the enthusiasm of many researchers owing to their potential applications. The aim of this thesis was to prepare and characterize new inorganic and organic components for the future design of new multi-functional nanohybrids with properties responding to the current challenges. For this purpose, we have prepared nanoparticles of zinc oxide (ZnO) as the inorganic component by laser ablation. The surface of these nanoparticles can be modified by an organic component bearing the carboxylic group as an anchor. We synthesized and characterized a number of viologen derivatives, well known as strong electron acceptors, involving the anchoring groups. The nanohybrids of ZnO/viologens were prepared and characterized by various spectroscopic techniques. We have developed efficient synthetic routes toward a series of new heterocycles possessing the electron donating properties: derivatives of dibenzo[2,3:5,6]pyrrolizino[1,7-bc]indolo[1,2,3-lm]carbazole. These new molecules exhibit high thermal stability and strong fluorescence in the visible range. Their one- and two-photon (Near-infrared) absorption properties and electron donor ability were investigated experimentally and by means of quantum mechanical calculations. The studied organic and inorganic components can serve as promising building blocks of choice for the future development of nanohybrids used in various application domains such as in the fields of photovoltaics and medical imaging

Le principal objectif de ce travail est d’étudier les cellules solaires organiques de type hétérojonction en volume à l’aide d’un modèle bidimensionnel spécifique incluant un état intermédiaire pour la dissociation des charges dans les matériaux organiques. Ce modèle est mis en place dans un logiciel de simulation par éléments finis. Après validation, il est comparé à deux approches existant dans la littérature. Le grand nombre de paramètres requis pour décrire le mécanisme complexe de génération de charges nécessite un algorithme robuste, basé sur l’exploitation de chaînes de Markov, pour extraire ces paramètres physiques à partir de données expérimentales. Le modèle ainsi que la procédure d’extraction de paramètres sont utilisés dans un premier temps pour étudier le mécanisme de dissociation associé à une cellule comportant une nouvelle molécule. Ensuite le comportement en température de cellules à base de P3HT : PCBM est simulé et comparé à des mesures expérimentales
The main objective of this work is to study bulk heterojunction organic solar cells with a specific two dimensional model that takes into account an intermediate state specific to organic materials. The model is solved numerically by a finite element software. After its validation, it is compared to two existing approaches in the literature. The large number of parameters needed to describe the complex charge generation mechanism requires a robust parameter extraction algorithm, based on the operation of Markov chains, in order to extract these physical parameters from experimental characterizations. The model and the parameter extraction method are then used to study the charge dissociation mechanism of a cell with a newly synthesized molecule. Finally, the temperature evolution of P3HT : PCBM solar cells are simulated and compared to experimental measurements

Actuellement, l'élaboration de matériaux nanohybrides organiques/inorganiques suscite l'engouement de nombreux chercheurs du fait de leurs diverses applications potentielles. Le but de ce projet de thèse a été de préparer et caractériser de nouveaux éléments inorganiques et organiques permettant la conception de nanohybrides multi-fonctionnels possédant des propriétés répondant aux problématiques actuelles. Dans cet objectif, nous avons préparé des nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO) en tant que composant inorganique par ablation laser. La surface de ces NPs peut être modifiée par des composés organiques possédant un groupe d'ancrage acide carboxylique. Nous avonssynthétisé et caractérisé des dérivés viologènes, bien connu comme de forts accepteurs d'électron, possédant le groupe d'ancrage. Les nanohybrides de ZnO/viologènes ont été préparés et caractérisés par diverses techniques de spectroscopie. Nous avons développé des voies de synthèse efficaces permettant d'obtenir une série de nouveaux hétérocycles possédant des propriétés de donneur d'électron : dérivés de dibenzo[2,3:5,6]pyrrolizino[1,7-bc]indolo[1,2,3-lm]carbazole. Ces nouvelles molécules présentent une forte stabilité thermique et une forte fluorescence dans le domaine du visible. Leurs propriétés d'absorption à un et deux photons (Proche-infrarouge) ainsi que leur habilité de donneur d'électron ont été étudiés expérimentalement et à l'aide de calculs de mécanique quantique. Les éléments organiques et inorganiques étudiés sont des motifs de choix pour l'élaboration future de nanohybrides utilisables pour diverses applications comme dans le domaine de l'énergie photovoltaïque ou encore l'imagerie médicale
Currently, the development of organic/inorganic nanohybrid materials arouses the enthusiasm of many researchers owing to their potential applications. The aim of this thesis was to prepare and characterize new inorganic and organic components for the future design of new multi-functional nanohybrids with properties responding to the current challenges. For this purpose, we have prepared nanoparticles of zinc oxide (ZnO) as the inorganic component by laser ablation. The surface of these nanoparticles can be modified by an organic component bearing the carboxylic group as an anchor. We synthesized and characterized a number of viologen derivatives, well known as strong electron acceptors, involving the anchoring groups. The nanohybrids of ZnO/viologens were prepared and characterized by various spectroscopic techniques. We have developed efficient synthetic routes toward a series of new heterocycles possessing the electron donating properties: derivatives of dibenzo[2,3:5,6]pyrrolizino[1,7-bc]indolo[1,2,3-lm]carbazole. These new molecules exhibit high thermal stability and strong fluorescence in the visible range. Their one- and two-photon (Near-infrared) absorption properties and electron donor ability were investigated experimentally and by means of quantum mechanical calculations. The studied organic and inorganic components can serve as promising building blocks of choice for the future development of nanohybrids used in various application domains such as in the fields of photovoltaics and medical imaging