Soutenance de thèse de Mouaad Yassine ALIOUAT

Les cellules photovoltaïques ont connu un développement important en termes d’applications grâce à l’utilisation des polymères semi-conducteurs π-conjugués sous forme de films minces comme matériaux actifs, ce qui a généré une nouvelle famille de cellules photovoltaïques dites « organiques ». Ainsi, l’association de ces films minces organiques avec des supports flexibles et étirables ouvre de nouvelles applications de type nomade dans tous les secteurs. Cependant, le comportement mécanique des polymères en films minces ou dans les empilements est encore mal connu, ainsi que l’impact des déformations sur les propriétés électriques ou optiques. Ce travail de thèse a porté dans un premier temps sur l’amélioration de la qualité des films minces polymères π-conjugués, afin d’étudier leurs propriétés structurales, optiques et mécaniques. Nous avons utilisé deux techniques de caractérisation qui se sont avérées complémentaires : la diffraction des rayons X (DRX) au synchrotron, pour connaître les propriétés structurales des films minces et les différentes orientations cristallographiques, et l’ellipsométrie spectroscopique pour extraire leurs indices optiques et identifier les transitions électroniques inter-bandes. Les résultats obtenus ont montré une très bonne corrélation entre les paramètres de structure mesurés par la DRX et les modèles optiques élaborés via l’ellipsométrie. Une méthodologie originale a ensuite été développée afin d’effectuer des mesures in-situ de DRX sous traction mécanique couplées avec des observations en microscopie optique. Nous avons observé que les chaînes de polymère sont en compression dans la direction perpendiculaire à la traction et mieux orientées, jusqu’à une valeur critique d’allongement, au-delà de laquelle l’énergie élastique diminue au bénéfice de la propagation de fissures, ce qui engendre une relaxation de la contrainte et une dégradation de l’orientation.

ccLes cellules photovoltaïques ont connu un développement important en termes d’applications grâce à l’utilisation des polymères semi-conducteurs π-conjugués sous forme de films minces comme matériaux actifs, ce qui a généré une nouvelle famille de cellules photovoltaïques dites « organiques ». Ainsi, l’association de ces films minces organiques avec des supports flexibles et étirables ouvre de nouvelles applications de type nomade dans tous les secteurs. Cependant, le comportement mécanique des polymères en films minces ou dans les empilements est encore mal connu, ainsi que l’impact des déformations sur les propriétés électriques ou optiques. Ce travail de thèse a porté dans un premier temps sur l’amélioration de la qualité des films minces polymères π-conjugués, afin d’étudier leurs propriétés structurales, optiques et mécaniques. Nous avons utilisé deux techniques de caractérisation qui se sont avérées complémentaires : la diffraction des rayons X (DRX) au synchrotron, pour connaître les propriétés structurales des films minces et les différentes orientations cristallographiques, et l’ellipsométrie spectroscopique pour extraire leurs indices optiques et identifier les transitions électroniques inter-bandes. Les résultats obtenus ont montré une très bonne corrélation entre les paramètres de structure mesurés par la DRX et les modèles optiques élaborés via l’ellipsométrie. Une méthodologie originale a ensuite été développée afin d’effectuer des mesures in-situ de DRX sous traction mécanique couplées avec des observations en microscopie optique. Nous avons observé que les chaînes de polymère sont en compression dans la direction perpendiculaire à la traction et mieux orientées, jusqu’à une valeur critique d’allongement, au-delà de laquelle l’énergie élastique diminue au bénéfice de la propagation de fissures, ce qui engendre une relaxation de la contrainte et une dégradation de l’orientation.