​Dans un contexte mondial de crise énergétique et de raréfaction des ressources fossiles, la transition vers les énergies renouvelables constitue un enjeu majeur. Parmi elles, l’énergie photovoltaïque occupe une place importante. Cependant, alors que les panneaux solaires au silicium approchent de leurs limites en rendement et en coûts de production, l’émergence de solutions complémentaires devient nécessaire. Les cellules solaires organiques constituent une alternative intéressante, avec des rendements atteignant 21 % dans des conditions standard en laboratoire en 2026. Elles présentent également de bonnes performances en lumière diffuse et offrent un potentiel de production à faible coût de dispositifs flexibles et recyclables. Toutefois, leur stabilité à long terme reste un obstacle à leur industrialisation. La couche active, composée d’un donneur (polymère) et d’un accepteur (petite molécule), subit au cours du temps une séparation de phase qui dégrade les performances. Malgré les progrès réalisés avec les accepteurs polymères, la viabilité à long terme de ces dispositifs reste à démontrer. ​​​​
​ Depuis le début des années 2020, les matériaux monocomposants sont sérieusement envisagés comme une solution à ces problèmes d’instabilité. Contrairement aux mélanges tout-polymères, ils reposent sur des copolymères à blocs reliant de manière covalente les segments donneurs et accepteurs, limitant leur mobilité relative et la ségrégation de phase. Si les premières études rapportent des résultats encourageants, leur structure et leurs propriétés thermiques restent encore mal comprises. La synthèse et l’étude approfondie de ces systèmes constituent l’objectif de cette thèse. ​​​​
Après un premier chapitre introductif, le deuxième chapitre est consacré à l’étude de deux matériaux modèles : le PTQ10, polymère donneur parmi les plus performants de la littérature, et le PIDTe, un polymère accepteur de structure proche de systèmes connus mais dont la synthèse est simplifiée. Ce travail valide leur pertinence comme système modèle et permet de mettre en place les méthodes de caractérisation utilisées dans la suite de la thèse. Le troisième chapitre explore l’analyse structurale des monocomposants par résonance magnétique nucléaire (RMN). L’utilisation de molécules modèles permet d’identifier les signaux caractéristiques des liaisons entre blocs donneurs et accepteurs et d’estimer le nombre moyen de jonctions dans les chaînes de copolymères. Une approche complémentaire par RMN à diffusion ordonnée (DOSY) est également évaluée afin d’estimer la composition des matériaux. Le quatrième chapitre s’intéresse aux propriétés thermiques des monocomposants. Une méthode basée sur la spectroscopie UV-visible est développée pour suivre les évolutions morphologiques à l’échelle nanométrique à l’état solide. Associée à la diffraction des rayons X en incidence rasante (GIWAXS), à la microscopie à force atomique (AFM) et à la calorimétrie différentielle à balayage rapide (flash DSC), elle permet de comparer la stabilité thermique des monocomposants à celle des mélanges tout-polymères. ​​​​
Enfin, le cinquième chapitre vise à synthétiser des monocomposants de structure mieux définie. La modification du monomère du PTQ10 permet d’obtenir un polymère possédant une fonction réactive terminale unique et une structure régiorégulière. Cette régiorégularité améliore l’organisation des chaînes latérales mais semble perturber celle du cœur π-conjugué, affectant les propriétés optoélectroniques. Différentes stratégies de synthèse de copolymères di- et tri-blocs sont ensuite développées, ouvrant de nouvelles perspectives. ​​​​
En conclusion, cette thèse contribue à une meilleure compréhension des matériaux monocomposants pour les cellules solaires organiques et propose de nouvelles approches d’analyse et de synthèse pour des dispositifs plus stables et performants. ​​​​

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