P-doped semiconducting polymers : process optimization, characterization and investigation of air stability
Polymères semi-conducteurs dopés p : optimisation du procédé, caractérisation et étude de la stabilité à l'air
Résumé
Organic semiconductors (OSCs) are promising materials for low-cost, flexible, large-area production of printed electronic devices. In this context, molecular doping allows controlling the electrical properties of OSCs, offering a powerful tool to improve the performances of different electronic devices. Despite the progress in the fundamental understanding of the doping mechanism and processing techniques, stability aspects of p-doped OSCs have received little attention. Nevertheless, the stability of the p-doped state in the presence of oxygen and humidity is a crucial factor to be investigated for the integration of doped layers in organic devices.In this thesis, we have studied the molecular doping of disordered polymer semiconductors and the stability of the p-doped state in the presence of oxygen and water-related species. PBDTTT-c and RRa-P3HT were used as polymer hosts and F4TCNQ and Mo(tfd-COCF3)3 as p-dopants. The process conditions have been carefully studied to achieve controlled doping and to optimize the electrical properties. The impact of the dopant concentration was investigated in terms of electrical (conductivity), optical (UV-Vis-NIR) and structural (GIWAXS) properties of doped layers.The stability of the p-doped state was investigated by monitoring the evolution of the doping signatures under three different atmospheres: argon, anhydrous air, and ambient air. XPS analyses were carried out to investigate the impact of air exposure on the chemical state of p-doped layers. Simulations have been used to support our findings.Present results highlighted the presence of an important dedoping mechanism for p-doped semiconducting polymers in the presence of water-related species.
Les semi-conducteurs organiques (OSCs) sont des matériaux prometteurs pour la production à faible coût de dispositifs électroniques imprimés flexibles et de grandes surfaces. Dans ce contexte, le dopage moléculaire permet de contrôler les propriétés électriques des OSC, offrant un outil puissant pour améliorer les performances de différents dispositifs électroniques. Malgré les progrès dans la compréhension fondamentale du mécanisme de dopage et de leurs procédés, la stabilité des OSC dopés p ont reçu peu d'attention. Or, la stabilité de l'état dopé p en présence d'oxygène et d'humidité est un facteur crucial pour l'intégration de couches dopées dans des dispositifs organiques.Dans cette thèse, nous avons étudié le dopage moléculaire de semi-conducteurs polymères désordonnés et la stabilité du dopage p en présence d'oxygène et d'espèces liées à l'eau. PBDTTT-c et RRa-P3HT ont été utilisés comme matrice de polymères et F4TCNQ et Mo(tfd-COCF3)3 comme dopants de type p. Les paramètres du procédé de dopage ont été soigneusement étudiés pour obtenir un dopage contrôlé et optimiser les propriétés électriques. L'impact de la concentration de dopant a été étudié en termes de propriétés électriques (conductivité), optiques (UV-Vis-NIR) et structurelles (GIWAXS).La stabilité de l'état dopé p a été analysée en surveillant l'évolution des signatures de dopage sous trois atmosphères différentes : l'argon, l'air anhydre et l'air ambiant. Des analyses XPS ont été effectuées pour étudier l'impact de l'exposition à l'air sur l'état chimique des couches dopées p. Des simulations ont été utilisées pour étayer nos résultats.Les résultats actuels ont mis en évidence la présence d'un mécanisme de dédopage important pour les polymères semi-conducteurs dopés-p en présence d'espèces liées à l'eau.
Origine : Version validée par le jury (STAR)