Modélisation moléculaire

Un des axes de recherche de la thématique « Modélisation » se concentre sur la modélisation moléculaire dans le domaine de l’électronique organique, en privilégiant les applications aux (i) cellules solaires organiques et/ou hybrides (photovoltaïque), (ii) aux diodes électroluminescentes organiques (OLED) et (iii) en étudiant divers phénomènes se produisant dans les mélanges de dopants chimiques avec des polymères ou des réseaux covalents organiques (COF).

Nous nous intéressons en particulier aux phénomènes se produisant aux interfaces organique-organique et organique-inorganique dans les cellules solaires « tout-organique » et pérovskites. Le rôle des déformations géométriques accrues aux interfaces et des polarisations électroniques sont des facteurs particulièrement importants étant à l’origine de ce que l’on appelle « courbure de l’énergie » (energy bending), dont l’impact est crucial sur l’efficacité de la séparation des charges à l’interface donneur-accepteur dans les cellules solaires. Ces études montrent qu’il est d’une nécessité absolue de privilégier les propriétés aux différentes interfaces, par rapport à celles du « bulk » et permettent ainsi de guider la conception de nouveaux matériaux.

En parallèle, nous nous intéressons à l’étude de propriétés optoélectroniques de matériaux organique appliqués dans les OLEDs (impact de micro agrégats en solution, effet de l’agrégation, relaxation thermique et combinaison guest-host). Un accent très fort est mis sur la compréhension des mécanismes TADF (thermal activation of delayed fluorescence) et TTA (triple-triplet annihilation), et sur la nature des excitons dans les pérovskites à deux dimensions en rapport avec la nature de la couche protectrice organique.

Mots-clés: modélisation moléculaire, organique électronique, cellules solaires, pérovskites, diodes électroluminescentes organiques (OLED), energy bending, TADF, TTA, …

Sélection de publications récentes

On the Molecular Origin of Charge Separation at the Donor–Acceptor Interface, Gjergji Sini, Marcel Schubert, Chad Risko, Steffen Roland, Olivia P. Lee, Zhihua Chen, Thomas V. Richter, Daniel Dolfen, Veaceslav Coropceanu, Sabine Ludwigs, Ullrich Scherf, Antonio Facchetti, Jean M. J. Fréchet, Dieter Neher, Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702232, https://doi.org/10.1002/aenm.201702232

Organic Solar Cells: On the Physical Origins of Charge Separation at Donor–Acceptor Interfaces in Organic Solar Cells: Energy Bending versus Energy Disorder, Leonardo Evaristo de Sousa, Veaceslav Coropceanu, Demétrio Antônio da Silva Filho, Gjergji Sini, Adv. Theory Simul. 2020, 3, 4; 2070008, https://doi.org/10.1002/adts.202070008

TADF versus TTA emission mechanisms in acridan and carbazole-substituted dibenzo[a,c]phenazines: Towards triplet harvesting emitters and hosts, Viktorija Andruleviciene, Karolis Leitonas, Dmytro Volyniuk, Gjergji Sini, Juozas Vidas Grazulevicius, Vytautas Getautis, Chemical Engineering Journal 2021, 417, 127902, https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127902

Interfacial versus Bulk Properties of Hole-Transporting Materials for Perovskite Solar Cells: Isomeric Triphenylamine-Based Enamines versus Spiro-OMeTAD, Jurate Simokaitiene, Monika Cekaviciute, Kristina Baucyte, Dmytro Volyniuk, Ranush Durgaryan, Desiré Molina, Bowen Yang, Jiajia Suo, YeonJu Kim, Demetrio Antonio da Silva Filho, Anders Hagfeldt, Gjergji Sini, Juozas V. Grazulevicius, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 18, 21320–21330, https://doi.org/10.1021/acsami.1c03000

Evolution of the Nature of Excitons and Electronic Couplings in Hybrid 2D Perovskites as a Function of Organic Cation π-Conjugation, Qingqing Dai, Hong Li, Gjergji Sini, Jean-Luc Bredas, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2108662, https://doi.org/10.1002/adfm.202108662

En parallèle de l’étude expérimentale des propriétés de miscibilité de polymères à l’interface eau-air, un modèle thermodynamique de champ moyen développé initialement pour décrire les mélanges 3D de polymères a été adapté pour modéliser les films 2D. Il vise à déterminer les paramètres physico-chimiques clés responsables de la séparation de phase afin de contrôler in fine la morphologie des films.
Préalablement à l'étude des mélanges, le modèle développé permet de prédire, sans paramètres ajustables, les isothermes de pression de surface -aire moléculaire de monocouches de Langmuir de polymères purs. De plus, l'épaisseur de la monocouche prédite par le modèle est conforme aux données expérimentales disponibles.
 

Mots-clés: modèle thermodynamique, films de Langmuir
 

Sélection de publications récentes (ou brevets)

Masnada, E.M.; Julien, G.; Long, D.R. Miscibility maps for polymer blends: Effects of temperature, pressure, and molecular weight. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2014, 52, 419-443. https://doi.org/10.1002/polb.23436