Plasmonic nano-antennas with molecular diodes for energy captation and photodetection Synthesis of new ferrocene derivatives by click chemistry working as molecular diodes for rectennas application
Nano-antennes plasmoniques avec des diodes moléculaires rectifiantes pour la captation d'énergie et la photodétection. Synthèse de dérivés de ferrocène par chimie click fonctionnant comme diodes moléculaires pour application rectenna.
Résumé
The sun is an unlimited source of power and seems to be a perfect solution for the fight against global warming and reduction of fossil fuel. However, this last years, the efficiencies associated to the photovoltaic technologies are moderate (< 50 %) and to stabilize. Considering the wave–particle duality, it is possible to use the wave properties of the light in order to produce electricity. Such object called rectenna solar cells was described theoretically in the 70s. The rectenna consists in the association of an antenna with a diode. Experimental realisation of rectenna was impossible at the beginning, since the technologies of 70s could not permit reproducible fabrication of nanometric antenna and nanometric diode, able of rectifying very high frequencies (more than hundreds of THz). Recently innovative design of rectenna solar cells at IM2NP was developed, where antenna was deeply studied. On the contrary, the diode element in such design was not deeply studied. The subject of this PhD is the synthesis and characterisation of these diodes. It is ferrocene based molecular diodes, so where the molecules act as a diode. They are pioneering since it is possible to anchor them to two different metal surfaces in controlled way. Such control is done by a reaction on the metal surface. The reaction chosen belongs to the click chemistry. The subject of this PhD is to synthesize the molecular diode and then to build the diode on surface in controlled way. First by describing the rectenna and their components. Secondly describing the tools used in the project to realize the diode. Then the different synthesis of the new ferrocene based molecular diode will be presented. Finally, the characterisation and the fabrication of the diode on real devices will be discussed. This PhD has a multidisciplinary aspect where chemists, electrochemists and physicists work together in order to create an object in technological rupture in technology of production of electricity.
Le soleil est une source d’énergie inépuisable qui représente une parfaite solution dans la lutte contre le changement climatique et la réduction des énergies fossiles. Néanmoins, ces dernières années, les rendements associés à la technologie photovoltaïque restent modérés (< 50%) et semblent même se stabiliser. En reprenant la dualité onde-corpuscule, il est alors possible d’utiliser la lumière comme une onde électromagnétique afin de produire de l’électricité. Un tel outil, nommé rectenna solaire a été décrit théoriquement dès les années 1970. Les rectennas sont constituées d’une antenne et d’une diode. La fabrication physique de ces rectennas était impossible, car les technologies de l’époque ne permettaient pas de fabriquer de manière reproductible des antennes de taille nanométriques et des diodes de taille nanométrique, capable de rectifier des fréquences très importantes, de l’ordre de la centaine de THz. Récemment, une conception innovante de rectenna issue de l’IM2NP a été développée, où l’élément antenne avait été étudié profondément. L’élément diode de ce dispositif n’avait pas été profondément étudié. L’objectif de cette thèse est de synthétiser et caractériser ces diodes. Il s’agit de diodes moléculaires à base de ferrocène, où la molécule se comporte comme une diode. Elles sont novatrices, car elles peuvent s’accrocher à deux surfaces métalliques différentes, et ce, de manière contrôlée. Ce contrôle se réalise grâce à une réaction chimique de surface nommée chimie click. L’objet de cette thèse est de synthétiser puis de construire nos diodes de manière contrôlée. En détaillant en premier lieu l’objet rectenna et les différents éléments le constituant, puis les outils qui nous serviront à la réalisation de cette diode. Ensuite, les synthèses permettant d’obtenir de nouveaux composés à base ferrocène seront présentées. Pour finir la caractérisation et la mise en oeuvre de ses diodes sur un dispositif réel seront abordées. Cette thèse dispose d’un aspect multidisciplinaire où chimistes, électrochimistes et physiciens travaillent ensemble pour la réalisation d’un objet en rupture technologique dans la technologie de production d’énergie à partir de lumière.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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