Conjugated polymer nanoparticles for eco-efficient processing of organic photovoltaic cells
Nanoparticules de polymère conjugué pour la mise en oeuvre éco-efficiente de cellules photovoltaïques organiques
Résumé
The performance of organic photovoltaic cells is constantly improving, thanks to the development of new π-conjugated low-bandgap polymers. However, these poorly soluble polymers must be processed from hot solutions in toxic chlorinated solvents. We have studied the preparation of aqueous suspensions of nanoparticles (NPs) of these polymers, to be used as inks for the eco-friendly production of solar cells using conventional printing techniques. By the miniemulsion technique, simple NPs containing the electron-donor polymer, PF2, and an electron-acceptor molecule, PC71BMor eh-IDTBR, as well as composite particles containing both materials were obtained. Their morphology was studied by TEM and STXM and in the case of the composite NPs PF2:PCBM, coreshell particles were obtained with a PC71BM-rich core and a PF2-rich shell. However, the miniemulsion technique has the disadvantage of using an ionic surfactant, which must be removed by dialysis before the manufacturing of the photovoltaic cells. Therefore, NPs were also prepared by nanoprecipitation without surfactant. For this purpose, a PF2 derivative containing oligo (ethyleneglycol) side chains was synthesized to enhance the stabilization of the NPs in the absence of surfactant. Finally, the formation of active layers from these suspensions has been optimized in order to prepare electronic devices, allowing the measurement of their optoelectronic properties.
Les performances des cellules photovoltaïques organiques ne cessent de progresser grâce notamment au développement de nouveaux polymères π-conjugués à faible bande interdite. Cependant, ces polymères peu solubles doivent être mis en oeuvre à partir de solutions à chaud dans des solvants chlorés toxiques. Nous avons étudié la dispersion de ces polymères sous la forme de suspensions aqueuses de nanoparticules (NPs), servant ensuite d’encre pour la mise en oeuvre plus écologique des cellules solaires par des techniques d’impression classique. Par la technique de la miniémulsion, des NPs simples contenant le polymère donneur d’électron, le PF2, et une molécule acceptrice d’électron, le PCBM ou l’eh-IDTBR, ainsi que des particules composites contenant les deux matériaux à la fois ont été obtenues. Leur morphologie a été étudiée par TEM et STXM et dans le cas des NPs composites PF2 : PC71BM, des particules de type coeur-coquille ont été obtenues avec un coeur riche en PC71BM et une coquille riche en PF2. La miniémulsion présentant l’inconvénient d’utiliser un tensioactif ionique, qui doit être éliminé par dialyse avant la fabrication des cellules photovoltaïques, nous avons également préparé des NPs par nanoprécipitation sans tensioactif. Pour cela, un dérivé du PF2 contenant des chaînes latérales oligo(ethylène glycol) a été synthétisé afin d’aider à la stabilisation des NPs en l’absence de tensioactif. Enfin la formation de couches actives à partir de ces suspensions a été optimisées afin de préparer des dispositifs électroniques, permettant de mesurer leurs propriétés optoélectroniques.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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