Base de connaissances

Martel, A. (2026). Préparation et caractérisation de mélanges photoactifs pour la photovoltaïque organique et l’impression 3D. Thèse.

Face aux enjeux liés à la transition énergétique et à la quête de performance des dispositifs, le développement de matériaux fonctionnels connaît un essor considérable. Parmi ces derniers, les composés organiques π-conjugués se distinguent par leurs propriétés optoélectroniques modulables et leur durabilité dans les dispositifs optoélectroniques de pointe tels que les cellules solaires et les diodes électroluminescentes. Dans ce contexte d’amélioration de l’efficacité et de la mise en forme des couches actives de ces dispositifs, ce mémoire porte sur la préparation et la caractérisation de mélanges photoactifs destinés à la photovoltaïque organique et à l’impression 3D. L’objectif principal consiste à établir des relations structure-mise en forme-propriété pour des formulations à base de systèmes π- conjugués aromatiques pour des couches minces et des architectures 3D. D’abord, la section sur la photovoltaïque organique se décline en deux volets, allant de l’état de l’art jusqu’aux avancées expérimentales réalisées en laboratoire. D’une part, la rédaction d’un chapitre de livre a été effectuée afin de présenter la littérature récente portant sur la photovoltaïque organique en condition d’éclairage intérieur. D’autre part, l’influence de la rigidité conformationnelle des accepteurs non-fullerènes (NFA) et de la longueur de leur chaîne carbonée sur les propriétés optoélectroniques du mélange a été étudiée, montrant que les structures linéaires plus rigides avec des chaînes carbonés modérément longues offrent de performances supérieures en termes d’extinction de fluorescence et en solubilité que les structures angulaires aux chaînes plus courtes. Néanmoins, les résultats d’efficacité photovoltaïque ont montré que l’intégration d’un NFA rigide n’est pas favorable, car celui-ci limite le réarrangement moléculaire pendant le dépôt et la solidification de la couche active, entravant l’optimisation de la microstructure. Ensuite, des formulations photopolymérisables intégrant des dérivés de carbazole ont été développées et évaluées pour leur potentiel en impression 3D par stéréolithographie à masque (mSLA). La structure des carbazoles influence l’intensité et la position des maxima d’émission, selon la longueur de chaîne aliphatique et la proximité des insaturations avec le noyau carbazole, respectivement. Dans les mélanges covalents photodurcis la polarité/flexibilité de l’agent de réticulation entraîne un léger décalage spectral, suggérant une influence de l’environnement local sur les propriétés photophysiques du carbazole. Le choix du photoamorceur influence la cinétique et l’homogénéité en profondeur du durcissement, paramètres cruciaux en impression 3D. Ceux-ci peuvent également être influencés par la polarité/flexibilité de l’agent de réticulation. Enfin, la dernière partie de l’ouvrage porte sur la synthèse et la caractérisation de composés photochromes destinés à la photopolymérisation en cuve par technologie mSLA, dans le but d’exploiter la fonctionnalité photochrome de ces chromophores en impression 3D.

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