Etude théorique de nouveaux matériaux moléculaires à base de Triphénylamine pour des applications en photovoltaïque

Abstract

Les cellules solaires photovoltaïques organiques présentent des propriétés très intéressantes notamment dans leur flexibilité et la possibilité d’être réalisées avec de grandes surfaces. Au cours des dernières années, les cellules solaires organiques à hétérojonction (BHJ) et les cellules solaires sensibilisés à colorants (DSSC) ont connu d'énormes progrès dans la compréhension et le développement fondamentaux. Cependant leur stabilité et leur rendement doivent être considérablement améliorés. Ce travail de thèse de doctorat s’intéresse à l’étude théorique de nouveaux semi-conducteurs organiques π-conjugués dérivés de triphénylamine utilisables comme matériaux donneurs dans la couche active des cellules solaires organiques de type hétérojonction donneur/accepteur ou comme des sensibilisateurs potentiels pour les cellules solaires sensibilisées à des colorants (DSSC). La DFT et TD-DFT comme méthodes ont été utilisé pour décrire les différentes propriétés structurales, électroniques, optiques et photovoltaïques des séries de molécules étudiées. Les structures optimisées pour tous les colorants montrent qu'ils ont des conformations coplanaires similaires. Ce qui devrait améliorer le transfert d'électrons du donneur vers l’accepteur. Les gap énergétiques des différentes séries de molécules étudiées ont diminués d’une manière significative et absorbent aussi le mieux dans le domaine UV-visible avec un décalage important vers le rouge montrant que ces classes de molécules à base de triphénylamine sélectionnés pourraient être utilisés comme des candidats potentiels pour les candidatures au BHJ ou DSSC. Une autre étude a été consacrée à l’adsorption des colorants D-π-A sur la surface du TiO2 en modifiant le groupement d’ancrage. Les structures électroniques, la densité d'états (DOS), l'analyse de l'orbitale de liaison naturelle (NBO), les spectres UV-Vis, et certains paramètres clés comme l'efficacité de la récolte de la lumière (LHE), et la force motrice de l'injection d'électrons (ΔGinject), ont été calculées pour prédire la plus des colorants appropriés pour l'application du DSSC.