Les cellules solaires organiques
Les polymères conducteurs, tel que le P3HT, sont fréquemment utilisé comme colorant dans les cellules solaires organiques. L’éméraldine, forme à valence mixte du PANI, présente des propriétés intéressantes pour l’application en cellules photovoltaïques organique. Sa plage d’absorption s’étend sur tout le visible (400-800 nm, λmax ≈ 650 nm) et elle est conductrice d’électricité lorsque dopée. Ces caractéristiques sont pertinentes pour un matériau qui sera utilisé dans les cellules solaires BHJ. En effet, l’absorption de 2 la lumière visible est la première étape de la conversion de l’énergie solaire en électricité. Après un transfert d’électron photo-induit vers un accepteur d’électron, le polaron (charge positive localisée sur la chaine polymérique) sera délocalisée, de la même manière qu’un électron dans l’éméraldine dopée. Le but du projet est de greffer en position 2 et 5 des dérivés d’aniline substituée en position 4 par des colorants qui serviront d’antennes et qui pourront transférer leur énergie d’excitation à la chaine centrale du PANI afin d’augmenter la quantité de lumière absorbée et ainsi augmenter l’efficacité d’absorption de photons par la couche active de la cellule solaire. Les colorants choisis sont les triphénylporphyrines et les bore-dipyrométhenes (BODIPY).
Conductive polymers, such as P3HT, are frequently used as dyes in organic solar cells. Emeraldine, a mixed valence form of PANI, has interesting properties for application in organic photovoltaic cells. Its absorption range extends over the entire visible range (400-800 nm, λmax ≈ 650 nm) and is electrically conductive when doped. These characteristics are relevant for a material that will be used in BHJ solar cells. Indeed, the absorption of visible light is the first step in the conversion of solar energy into electricity. After a photo-induced electron transfer to an electron acceptor, the polaron (positive charge localized on the polymer chain) will be delocalized, in the same way as an electron in doped emeraldine. The aim of the project is to graft in position 2 and 5 aniline derivatives substituted in position 4 by dyes which will serve as antennas and which can transfer their excitation energy to the central chain of PANI in order to increase the quantity absorbed light and thus increase the efficiency of photon absorption by the active layer of the solar cell. The chosen dyes are triphenylporphyrins and boron-dipyromethenes (BODIPY).
Les MOFs (Metal-Organic Framework) sont des polymères de coordinations poreux construits suivant un assemblage répétitif de centre métallique et de ligands organiques qui ont suscité un important engouement au sein de la communauté scientifique. En effet, ces nouveaux matériaux présentent une grande robustesse, une modularité sans limite et une porosité incomparable, ce qui les placent directement au cœur des problématiques de stockage de gaz comme le dioxyde de carbone, le méthane ou le dihydrogène. Le potentiel catalytique de ces structures est également étudié de très près, avec des résultats attrayants. Des métallo-ligands de types porphyrines présentant un centre métallique disponible ainsi que le rôle de pré-concentrateur joué par les cavités sont autant d’atouts intéressants. La possibilité de moduler la taille des cavités de la structure en jouant sur la structure des ligands permet également de créer un système « Host-Guest » sur mesure pour des applications en tant que « drug carrier ».
Nous avons ciblé que l’étude photophysique avancée des MOFs dérivés de ligands luminescents représenterait une avancée majeure dans les connaissances sur les systèmes « Host-Guest » et d’observer des phénomènes de transferts d’énergie et/ou d’électrons entre les ligands, les centres métalliques et les molécules piégées dans les cavités. L’utilisation de chromophores sous exploités pour l’instant dans la littérature permet une différenciation des structures .
MOFs (Metal-Organic Framework) are porous coordinating polymers built in a repetitive assembly of metal centers and organic ligands that have attracted considerable interest from the scientific community. Indeed, these new materials have great robustness, unlimited modularity and incomparable porosity, which places them directly at the heart of gas storage issues such as carbon dioxide, methane or dihydrogen. The catalytic potential of these structures is also studied very closely, with attractive results. Porphyrin-type metallo-ligands with an available metal center as well as the role of pre-concentrator played by the cavities are all interesting assets. The ability to modulate the size of the cavities of the structure by changing the structure of the ligands also makes it possible to create a bespoke « Host-Guest » system for applications as a « drug carrier ». We have targeted that the advanced photophysical study of MOFs derived from luminescent ligands would represent a major advance in the knowledge of Host-Guest systems and observe phenomena of energy and / or electron transfer between ligands. , the metal centers and the molecules trapped in the cavities. The use of chromophores currently under exploited in the literature allows a differentiation of structures .
Polymères de coordination photoniques / Photonic coordination polymers
Ce programme de recherche vise la conception de polymères 1D de coordination à base de Cu+ et Ag+ et de ligands N-, P-, S- et CN-donneurs montrant des propriétés photoniques reliées à la structure unidimensionnelle. En effet, les propriétés spectrales et photophysiques peuvent être influencées par la nature de la polymérisation. Par exemple, l’unité [Cu2I2] est luminescente dans le polymère avec deux bandes d’émission de transfert de charges centrées à 378 nm et 535 nm alors que [Cu2I2(tétrahydrothiophene)4] émet à 605 nm. Le polymère b, {[Ag2(PPhPy2)2Cl]+}n, émet à 500 nm d’un état excité triplet localisé dans une unité [Ag2(PPhPPy2)2]2+. Ceci est diffèrent des propriétés du polymère c, {[Ag(diisocyano-p-menthane)2]+}n où un phénomène excitonique est
This research program aims at the conception of 1D coordination polymers based on Cu+ and Ag+ coupled with donor ligands base on N-, P-, S- and CN- which show photonic properties related to the unidimensional structure with respect to the unit. In fact, the spectral and photophysical properties can be influenced by the nature of the polymerisation. For example, the [Cu2I2] unit is luminescent in a polymer showing two charge transfer emission bands centered at 378nm and 535nm whereas [Cu2I2(tetrahydrothiophene)4] emits at 605nm. The polymer b, {[Ag2(PPhPy2)2Cl]+}n emits at 500nm from a triplet state that is localised in the [Ag2(PPhPy2)2Cl]+ unit. This is different from polymer c, {[Ag(diisocyano-p-methane)2]+}n where an excitonic phenomenon is noted.
Systèmes antennes bio-inspirés / Bio-inspired antenna systems
Ce programme concerne l’étude de l’effet antenne, le transfert d’énergie et la délocalisation de l’excitation entre des sites donneur-accepteur et des chromophores identiques en relation avec les photosystèmes I et II des plantes et des bactéries photosynthétiques. Par exemple, les vitesses de transfert d’énergie sont dépendantes de la nature de l’espaceur à distances similaires. En effet, en absence de conjugaison entre l’espaceur et le donneur la vitesse est soit rapide (a) soit lente (b) en fonction de la conjuguaison de l’espaceur. Ce comportement met en lumière un rôle supplémentaire des caroténoïdes dans les photosystèmes. En effet, ils jouent le rôle de relai malgré leur niveaux d’énergie à l’état excité plus élevé. Nous étudions les effets du nombre de générations et des distances moyennes dans les dendrimères (mimiques des antennes des plantes) et les polymères linéaires (mimiques des antennes des chlorosomes des bactéries photosynthétiques vertes). Les processus de délocalisation rapide de l’excitation lumineuse, appelés migration de l’énergie d’excitation, sont rapides, et font aussi partie de ce programme de recherche.
This research program consists of the study of the antenna effect, the transfer of energy and the delocalisation of the excitation energy over donor-acceptor sites as well as identical chromophores as seen in photosystems I and II in plants and photosynthetic bacteria. For example, the rates of energy transfer are dependent on the nature of the spacer at similar distances. In fact, in the absence of conjugation between the spacer and the donor, the rate is either fast or slow depending on if the spacer itself is conjugated or not. This behaviour brings to light a supplementary role of the carotenoids found in the photosystems. In fact, they serve as energy relays despite their higher excited state energy levels. We are currently studying the effects of the average distance and number in dendrimers (mimics plant antennas) and linear polymers (mimic antennae chlorosomes of green photobacteria). The process of rapid delocalisation of the luminous excitation energy is rapid and is also a part of this research program.
Photocellules et PLEDs / Photocells and PLEDS
Ce programme de recherche vise à utiliser des polymères organométalliques conjugués pouvant trouver des applications à la fois dans les photocellules plastiques et/ou les diodes émettrices de lumière (LED). Les polymères ont la structure générale (trans-Pt(PR3)2(CCAr)2G)n (Ar = aromatique, G = groupe conjugué ou rien, R = alcane). Par exemple, nous examinons les porphyrines (G = métalloporphyrine; Ar = rien, C6H4 ou thiophene) et des quinones diimines ou des para-diaminobenzènes substitués (G = quinones diimine, para-diaminobenzène; Ar = C6H4). Dans ces derniers cas, des polymères rappelant le polyaniline sont conçus. D’autres groupes G et aromatiques Ar sont aussi investigués. La présence de l’atome lourd platine favorise le croisement inter-système et procure ainsi une opportunité de préparer des PLED blanches (white PLED) lorsque l’aromatique utilisé est fortement fluorescent et peu phosphorescent comme pour l’exemple montré ci-dessous.
This research program aims to use conjugated organometallic polymers for applications in plastic photocells and/or light emitting diodes (LED’s). The polymers are of the general formula (trans-Pt(PR3)2(CCAr)2G)n (Ar = aromatic group, G = conjugated group or nothing, R = alkyl group). For example, we are examining porphyrins (G = metalloporphyrin; Ar = nothing, benzene or thiophene) and quinone diimines or para-diaminobenzene substituants (G = quinone diimine, para-diaminobenzene; Ar = benzene). In the last cases, the polymers bearing strong resemblance to polyaniline are obtained. Other aromatic groups G and Ar are also being investigated. The presence of the heavy atom platinum favours intersystem crossing thus making it possible to prepare white PLED when the aromatic used is strongly fluorescent and weakly phosphorescent as in the example shown above.
présent.
Polymères conjugués bio-inspirés / Bio-inspired conjugated polymers
Ce programme de recherche vise à construire des polymères conjugués bio-inspirés ayant des applications dans les cellules photovoltaïques. Ainsi, l’objectif est d’incorporer des porphyrines dans des chaines polymériques conjuguées. Les porphyrines sont des macrocycles conjugués qui possèdent une structure très similaire à la chlorophylle (trouvée dans les plantes) et de la bactériochlorophylle (trouvée dans des bactéries photosynthétiques). Les chlorophylles sont les pigments responsables de l’absorption de l’énergie solaire et sa transmission dans le système photosynthétique. Le fait que la porphyrine possède une structure similaire à la chlorophylle induit des propriétés spectroscopiques et photophysiques comparables. Les porphyrines sont capables d’absorber l’énergie lumineuse dans une gamme allant de 400 à 650nm avec une bonne absorptivité. Afin d’agrandir la gamme d’absorption, notamment vers des longueurs d’onde plus élevées, nous couplons la porphyrine généralement riche en électrons avec une autre molécule pauvre en électrons. Ceci peut produire une nouvelle bande d’absorption dans le rouge qu’on appelle une bande de transfert de charge. L’objective est de créer un polymère qui absorbe le plus de photons possibles provenant du soleil afin de créer des cellules photovoltaïques plus performantes (meilleur rendement énergétique).
Ce programme a pour objectif la conception de nouveaux colorants pour l’application dans les DSSCs (Dye Sensitized Solar Cells). En couplant des composés donneurs d’électrons avec des composés attracteurs d’électrons, on induit un mécanisme de type « Push-Pull ». Ce mécanisme améliore la densité de courant de court-circuit par une meilleure absorption de la lumière dans les régions du rouge et du proche infrarouge du spectre électromagnétique. A l’heure actuelle, le groupe travaille sur la conception de colorants basés sur les tétrabenzoporphyrines et les phthalocyanines, ainsi que sur les clusters [Pd3(dppm)3(CO)]2+. En effet, le cluster Pd3(dppm)3(CO)]2+ est un modèle soluble du TiO2dans les DSSCs qui nous permet d’étudier le processus de transfert d’électrons entre le colorant et l’accepteur d’électrons en solution, ce pas possible avec le TiO2.
The research program aims to develop new dyes for application in DSSC (Dye Sensitized Solar Cells). By coupling and electron donating group with an electron withdrawing group we can take advantage of the “Push-Pull” mechanism thereby improving the density of the short-circuit current by improving the absorption in the red and near infrared regions of the electromagnetic spectrum. Currently, we are working on the development of dyes based on tetrabenzoporphyrin and phthalocyanin. Our research also employs the use of the [Pd3(dppm)3(CO)]2+cluster which serves as an electron acceptor. In fact, the [Pd3(dppm)3(CO)]2+ cluster is a soluble model for the TiO2 that is found in DSSC’s which allows us to study the electron transfer process between the dye and the electron acceptor in solution, which is not possible with TiO2.