Etudes de cristaux liquides colonnaires en solution organique et en ...

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1.3. LES CRISTAUX LIQUIDES COMME SEMI-CONDUCTEURS DANS LESCELLULES PHOTOVOLTAÏQUESFig. 1.13 – C8HET : cristal liquide colonnaire à base de triphénylène. La température depassage à l’isotrope est obtenue pour T = 86˚C [61].voir réaliser de grands monodomaines contrairement aux autres matériaux organiques quiprésentent des couches polycristalines avec de nombreux joints de grains.Pour organiser les films minces, nous utilisons le comportement thermotrope des cristauxliquides colonnaires. Par un traitement thermique, le cristal liquide colonnaire change d’étatet se réorganise, ce qui permet d’orienter les films minces. La figure 1.14 représente le schémade la fabrication des films minces organisés. Dans un premier temps, un dépôt est réalisé parspin coating ou par évaporation (a) . Ce dépôt est supposé amorphe. Il est ensuite chaufféjusqu’à la phase liquide isotrope (b) puis refroidi à vitesse contrôlée. Lorsque le matériauatteint la phase cristal liquide, les molécules s’auto-organisent pour former des colonnes (c) .Le refroidissement se poursuit jusqu’à la température ambiante, et deux cas de figure seprésentent. Si le matériau présente une phase cristalline, la structure organisée se fige (d) . Enrevanche, si le matériau ne possède pas de transition “cristal liquide”-cristal la configurationreste dans l’état cristal liquide colonnaire (c) .De manière générale, la température de clarification augmente avec la taille du cœuraromatique du cristal liquide colonnaire. Par exemple, un dérivé du triphénylène, le C8HET(figure 1.13), possède une température de clarification de T = 86˚C [61]. En revanche,aucune phase isotrope n’est constatée, à des températures accessibles, pour un autre matériaucomposé d’hexabenzocoronène (figure 1.12) [62].28
CHAPITRE 1. CELLULES SOLAIRES ET MATÉRIAUX ORGANIQUESPar ailleurs, il est intéressant de travailler avec des composés qui ont une températurede passage à l’isotrope relativement basse, typiquement inférieure à 150˚C, et cela principalementpour deux raisons. D’une part, les produits organiques ont tendance à se dégraderà forte température. D’autre part, d’un point de vue expérimental, la plupart des fours nechauffent pas ou régulent difficilement pour des températures supérieures à 300˚C et il n’estpas confortable de travailler dans ces conditions.Fig. 1.14 – Schéma représentatif de l’élaboration des films minces organisés.1.3.3 Absorption et propriétés de donneur ou accepteurSous l’action de la lumière, des charges sont générées par transfert d’électron du matériaudonneur vers le matériau accepteur. Pour optimiser les performances des dispositifs photovoltaïquesorganiques, il faut concevoir des matériaux conjugués produisant une séparationefficace des charges photoinduites ; l’écart entre la HOMO du matériau p et la LUMO dumatériau n doit être significative. Par ailleurs, si de nombreux cristaux liquides colonnairesde type p existent, la plupart à base de groupement éthers, la synthèse de matériaux typen a été réalisée par Harald Bock [63, 64]. Le plus souvent, ces composés sont obtenus en29
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