Charge Carrier Transport in Amorphous Glassy Organic Semiconductors

Les polymères et petites molécules semi-conducteurs organiques ont été largement étudiés, en raison de leur possible traitement en solution (imprimabilité), de leur compatibilité avec des substrats flexibles et de leurs propriétés optoélectroniques ajustables par la synthèse chimique. Cependant, ils présentent de fortes concentrations de défauts qui entraînent des désordres structurels et énergétiques, difficiles à éliminer, résultats de faibles interactions intermoléculaires aussi appelées forces de van der Waals. Le fort couplage porteur de charge-phonon, c'est-à-dire un électron ou trou couplé à un phonon, ainsi que le désordre dans les semi-conducteurs organiques conduisent à la localisation des porteurs de charge et à la formation de polarons. Celles-ci conduisent ainsi à la difficulté de comprendre les mécanismes détaillés du transport des porteurs de charge dans les matériaux organiques. Dans cette thèse, les mécanismes de conduction dans les semi-conducteurs organiques sont étudiés à travers le comportement de Meyer Neldel (MN). Les effets de la température T, du champ électrique, du poids moléculaire et de la fréquence du courant alternatif (CA) sur le transport sont étudiés. Les mécanismes de transport des porteurs de charge dans le Poly(3-hexylthiophène-2,5-diyl) (P3HT) regio-régulier, avec trois poids moléculaires différents, glacé amorphe sont déterminés sans ambiguïté, à la fois en-dessous et au-dessus de la température Tα, dite la température de transition à l'état glacé amorphe. Ceci est le résultat de mesures de la température, du champ électrique et de la dépendance en fréquence alternative de la mobilité et de la densité des porteurs de charge dans des transistors à effet de champ sur le P3HT. Les relaxations moléculaires jouent un rôle important dans la conductivité en courant continu. À des températures supérieures à Tα, sous une tension drain-source constante, les porteurs polaroniques sous forme de trous sont transportés avec chaines de polymères mobiles et peuvent sauter d'une chaine à l'autre. En dessous de Tα, ils sautent entre des segments de chaînes mobiles de molécules voisines essentiellement immobiles. En appliquant des tensions drain-source alternatives à des fréquences supérieures ou égales à 100 Hz, les porteurs de charge sont transportés le long des chaînes de polymères. Abstract