Elaboration of rigid-rigid block copolymers based on polymers absorbing in the near-infrared for organic electronics

Elaboration de copolymères à blocs rigide-rigide à base de polymères absorbant dans le proche infra-rouge pour l’électronique organique De nos jours, dans le cadre de développement des cellules solaires, un sujet d'intérêt est l'utilisation de polymères à large absorption étendue au proche infrarouge afin de récolter plus efficacement les photons. Ainsi, nous avons concentré nos études sur une méthode de couplage efficace et simple pour synthétiser des copolymères à diblocs tout conjugués. Cette méthode est basée sur la polycondensation de couplage Stille de monomères A-A (dithiénosilole, DTS) et B-B (dicétopyrrolopyrrole, DPP ou diazapentalène, DAP) avec du P3HT comme un agent de « end capping ». Les copolymères diblocs et triblocs ont été synthétisés avec une composition molaire qui a été ajustée via la masse molaire du macromonomère et le rapport d'alimentation. La masse molaire et la topologie des macromolécules obtenues sont discutées en se référant aux équations théoriques de Carothers, à la conversion et au rapport des monomères. Des analyses structurales de RMN de proton et DOSY, de FT-IR et de GPC ont révélé la bonne formation des copolymères à blocs souhaités. De plus, la spectrophotométrie et la voltamétrie cyclique ont été utilisées pour mettre en évidence la complémentarité de l'absorption par blocs et la nature donneur-accepteur des copolymères.Dans le but d'étudier le potentiel photovoltaïque des matériaux synthétisés, ces copolymères à diblocs ont été incorporés comme matériaux donneurs avec des accepteurs de fullerène PC60BM dans des dispositifs inversés structurés OSC. En général, les copolymères à blocs à base de DPP ont montré des efficacités de conversion de puissance améliorées par rapport à ceux à base de DAP. Les performances du dispositif ont révélé une dépendance à la composition molaire et que la diminution de l’efficacité à cause de la la nanostructuration du copolymère qui réduit la collecte de charges au niveau des électrodes, était compensé par l'amélioration de l'efficacité fournie par l'absorption par bloc à faible bande interdite. Une efficacité optimisée d'environ 2% a été obtenue en utilisant un rapport de mélange 1:1 de la couche photoactive P3HT240-b-P(DTS-DPP)11:PC60BM.En ce qui concerne les études de couche interfaciale, l'ingénierie de surface du substrat d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) a été étudiée. Dans ce but, le P3HT et le 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriéthoxysilane (PTES), portant une fonction triéthoxysilane en extrémité de chaîne ont été greffés en monocouches auto-assemblées (SAM) sur ITO pour remplacer la couche de transport de trous PEDOT : PSS couramment utilisé. La méthodologie de greffage optimisée a été prouvée par spectroscopie UV-visible, photoémission aux rayons X et mesures d'angle de contact. Malheureusement, l'ancrage de ces matériaux SAM n'a apporté aucune amélioration aux structures des dispositifs classiques à base de P3HT:PC60BM en termes d'efficacité à cause de l’épaisseur des couches. En effet les performances les plus élevées ont été obtenues avec la solution PTES (2%) et se sont révélées inférieures à celle obtenue avec PEDOT:PSS (2,7%) mais supérieures à celle utilisant l'ITO nu (1,34%).