Titre de la dissertation

“Conception, synthèse et caractérisation de nouveaux polymères -conjugués pour applications en électronique organique”

Promoteurs: Monsieur Jérôme Cornil et Monsieur Mario Leclerc (Université Laval)

Résumé de la dissertation

Les avancées récentes en puissance de calcul, capacité de stockage et miniaturisation, ont profondément transformé notre société de plus en plus marquée par la technologie et l’hyperconnectivité. Depuis quelques décennies, l’électronique organique se distingue comme un domaine prometteur pour la création de nouveaux appareils intelligents. Les composants clés incluent les cellules solaires organiques, les transistors à effet de champ organiques et les diodes électroluminescentes organiques. Ces dispositifs reposent sur l’utilisation de matériaux semi-conducteurs organiques -conjugués (i.e., molécules, oligomères ou polymères) et présentent plusieurs avantages par rapport à leurs homologues inorganiques traditionnels, tels qu’une meilleure flexibilité, une plus grande légèreté, et une fabrication par impression d’encre organique en continu, réduisant potentiellement les coûts de production. Cependant, une limitation actuelle réside dans la dépendance aux électrodes transparentes et conductrices d’oxyde d’indium et d’étain (ITO). La dispersion aqueuse PEDOT:PSS s’est imposée comme une alternative économique et écologique. Toutefois, l’utilisation du contre-ion PSS acide et hygroscopique dégrade rapidement les performances des dispositifs. De plus, son caractère isolant nécessite des traitements supplémentaires pour améliorer la conductivité des films. Une solution face à ces contraintes est l’utilisation de polymères auto-dopés, comme le P(S-EDOT), où les contre-ions sont directement attachés au squelette central. Ces polymères, capables d’être oxydés par l’oxygène en conditions acides aqueuses, ont montré des conductivités compétitives jusqu’à 1000 Scm^-1 dans la littérature. Cependant, des améliorations en transparence sont nécessaires afin de motiver leur utilisation en tant qu’électrodes substituant l’ITO dans les dispositifs organiques.La recherche envisagée dans le cadre de cette cotutelle de thèse porte donc essentiellement sur l’élaboration de nouveaux matériaux polymériques intrinsèquement transparents et conducteurs. Celle-ci revêt un aspect multidisciplinaire prononcé alliant simulations computationnelles, synthèse organique et caractérisations expérimentales. L’approche envisagée se base sur trois aspects : (i) élaboration et prédiction des propriétés optoélectroniques de nouvelles structures polymériques par des méthodes de chimie quantique de pointe ((TD-)DFT/LC-ωHPBE/6-31G(d,p)) ; (ii) synthèse par polymérisation par (hétéro)arylation directe (PHAD) des polymères présentant les meilleures performances préalablement prédites ; et (iii) caractérisation expérimentale de ces polymères afin de confirmer l’obtention des propriétés souhaitées et le bon accord avec les prédictions théoriques. Dans ce manuscrit, trois générations de polymères seront présentées : (i) PEDOT et ses dérivés, (ii) P((S-EDOT)-Thiophène) et ses dérivés, et (iii) P((S-EDOT)-ITN) et ses dérivés. La dernière génération comprenant des copolymères de S-EDOT (ou S-ProDOT) et d’unités isothianaphthènes (ITN) présente un très haut potentiel pour répondre à nos objectifs initiaux.