Dans ce travail, différentes solutions aqueuses de PEDOT: polyelectrolyte ont été synthétisées à partir de polymères anioniques de types polysaccharides et polystyrènes substitués par des groupements bis(sulfonylimide). Leurs morphologies, dopages,comportements rhéologiques ainsi que leurs propriétés opto-électroniques ont notammen tété caractérisés. Une étude systématique a révélé que les polyélectrolytes de masse molaire élevée portant un groupement fortement acide et ayant un squelette rigide permettent d'obtenir un dopage élevé, une dispersion efficace du PEDOT et donc des complexes PEDOT : polyelectrolyte plus conducteurs. L'utilisation du polyelectrolyte PSTFSI en tant qu'agent de complexation pour le PEDOT donne une dispersion stable montrant les caractéristiques d'un gel, ce qui facilite la fabrication de films minces par 'spin coating' ou doctor blade. Les films de PEDOT : PSTFSI ainsi obtenus montrent une transparence élevée et une conductivité de 330S.cm-1. Ces propriétés ont permis de les intégrer avec succès comme matériaux d'électrodes dans des dispositifs OLED, OPV et OECT. / In this work different aqueous dispersions of conducting poly(3,4-ethylenedioxythiophene) :polyelectrolyte (PEDOT:polyelectrolyte) complexes,made from anionic polysaccharides and from synthetic bis(sulfonylimide) substituted polystyrenes, have been synthesized and characterized regarding their doping, morphology, rheological behavior and opto-electronic properties. A systematic study revealed, that high molar mass polyelectrolytes with strongly acidic groups and a rigid backbone structure were favorable for a high doping and an efficient dispersion of PEDOT and allowed the development of highly conducting PEDOT:polyelectrolyte complexes. The use of the polyelectrolyte poly(4-styrenetrifluoromethane(bissulfonylimide)) (PSTFSI) as complexing agent for PEDOT resultedin stable dispersions with gel character, which allowed easy processing by spin coating and doctor blading. The obtained PEDOT:PSTFSI films were highly transparent,displayed a conductivity of up to 330S.cm-1 and were successfully integrated as electrodes in OLED, OPV and OECT devices.

Les matériaux conducteurs transparents font partie intégrante de très nombreux dispositifs optoélectroniques (de type cellule solaire, OLED, capteur tactile, etc.). Pour des raisons techniques et économiques (évolution des marchés vers les applications flexibles),d’importantes recherches sont mises en œuvre pour remplacer les couches minces d’oxydes métalliques (principalement en ITO) actuellement utilisées. En effet, de par sa faible résistance mécanique à la flexion et son coût d’élaboration élevé, l’ITO ne répond pas aux besoins de ces marchés émergents. L’utilisation de nanomatériaux en solution, et en particulier de nanofils métalliques, apparaît comme une alternative très prometteuse qui offre la possibilité d’utiliser des méthodes d’impression bas coût et grande surface. Ces travaux de thèse présentent les procédés de synthèse et purification de nanofils d’argent et de cuivre à forme facteur de forme. L’impression par spray de réseaux 2D percolants permet la réalisation d’électrodes flexibles démontrant d’excellentes propriétés optoélectroniques.Les nanofils d’Ag semblent toutefois être de meilleurs candidats que les nanofils de Cu (synthèse multi-grammes, impression grande surface, meilleure stabilité à l’air, etc.). Ainsi,après avoir identifié les principaux verrous technologiques ayant trait à l’utilisation des AgNF (rugosité, adhésion, travail de sortie, stabilités environnementales/électriques), différentes solutions ont été proposées dans le but d’améliorer les performances et de rendre les nanofils d’argent compatibles avec l’intégration en dispositif. Le potentiel des nanofils d’argent en tant que remplaçants de l’ITO a été confirmé grâce à l’intégration d’électrodes dans divers dispositifs fonctionnels (cellule solaire organique, capteur capacitif ou encore film chauffant). / Transparent conductive thin films are widely used in technologies like solar cells, light-emitting diodes, and display technologies. The fabrication of transparent conductive films is currently realized with thin films of transparent conductive oxides (TCOs), and in particular indium tin oxide (ITO). The as-made ITO transparent conductors suffer from limitations like costly fabrication process and brittleness. The use of solution-processable nanomaterials, and especially metallic nanowires, appears as a promising alternative since it affords a large area, low-cost deposition method with high performances.This thesis report that by optimizing synthesis methods and printing methods, flexible electrodes demonstrating excellent opto-electronic properties were performed, either with the use of a percolating network of silver nanowires or copper nanowires. The silver nanowires, however, seem to be better candidates than the copper nanowires (synthesized substantial amount, printing large area, better stability in air, etc.). Thus, having identified the main technological barriers related to the use of Ag NW (roughness, adhesion, work function, electrical/environmental stabilities), different solutions have been proposed in order to make the silver nanowires compatible with as many devices for integration.The potential of silver nanowires as replacements for ITO was confirmed through the integration of electrodes in various functional devices (organic solar cell, capacitive touch sensor or the film heater).

Les électrodes transparentes sont des éléments essentiels pour de nombreux dispositifs tels que les cellules solaires, les OLEDs, les écrans tactiles ou les films chauffants transparents. Au regard de la croissance forte du marché des dispositifs flexibles, le remplacement de l’ITO, matériau de référence dans l’industrie, s’avère nécessaire. Les réseaux percolants à base de nanofils(NF) métalliques sont une alternative de choix pour ce qui est des performances optoélectroniques, du coût et de la flexibilité. En particulier, les NF d’argent, fortement étudiés ces dernières années, offrent probablement le meilleur potentiel. L’objectif de cette thèse est de développer de nouvelles électrodes transparentes à NF avec un métal de substitution. Le cuivre est un candidat intéressant car à conductivité électrique équivalente, son prix est environ cent fois moins élevé que celui de l’argent. Dans ce manuscrit, différentes voies de synthèse des nanofils de cuivre (CuNF) sont abordées. Des électrodes sont fabriquées à partir de ces nanofils, notamment par impression, et des études sont rapportées sur l’évaluation de leurs performances. L’étude de la stabilité des électrodes à CuNF sous différents stress environnementaux (air sec, soleil, humidité) a été effectuée et met en évidence la stabilité moindre des NF de cuivre par rapport aux NF d’argent. Pour pallier cela, deux stratégies de protection des réseaux de nanofils ont été mises en place à base, soit d’une couche encapsulante sur le réseau, soit d’un système coeur-coquille à l’échelle du NF. La stabilité de ces systèmes a été mesurée lors du fonctionnement de ces électrodes lorsqu’elles sont utilisées pour la fabrication de films chauffants transparents. / Transparent electrodes are implanted in a lot of devices such as solar cell, OLED, touch screen or transparent film heater. Market trends toward flexible devices lead replacement of the well known brittle ITO. Metallic nanowire (NW) based percolative networks are a promising alternative in terms of performances, cost and flexibility. Indeed, the widely reported silver NWs exhibited really high optoelectrical performances. The objective of this thesis is to develop new NW based transparent electrodes with other metal. Among metals, copper is the most promising because of its high conductivity and its price one hundred times cheaper. In that manuscript, we detail different synthesis of copper nanowire (CuNW), their printing to get the related performances. Then ageing under environmental stresses (dry air, sun and humidity) will be studied. Stability of CuNW into networks is very low compared to silver, to improve stability of CuNW two strategies based on capping layer on top of CunW and on core-shell nanostructure will be presented. Operating stability into transparent film heater will also be reported.

Une cellule photovoltaïque organique (OPV) consiste en un empilement de couches minces et comporte une électrode transparente, constituée le plus souvent par une couche mince d’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO). Des matériaux alternatifs sans indium, déposables par voie liquide à l’air ambiant, et sur de grandes surfaces souples plus adaptées à la filière OPV, sont actuellement l’objet d’un grand nombre de recherches. Les nanofils d’argent (Ag NWs) représentent un sérieux candidat pour remplacer l’ITO et sont l’objet de ce travail de thèse. Une méthode de dépôt des Ag NWs par spray à air sur des substrats de PET a été développée en vue de réaliser des films conducteurs et transparents sur une grande surface souple. Puis ces électrodes transparentes ont été intégrées dans des cellules OPV sur substrat souple avec des rendements comparables à l’ITO. Les dépôts par voie liquide ont été privilégiés (spray-coating, Dr Blade), excepté pour l’électrode supérieure en argent, évaporée sous vide. Enfin les cellules ont été interconnectées en série pour former un module OPV, plus efficace en termes de puissance électrique délivrée. Une étude sur l’ablation sélective de couches de l’empilement OPV par laser est également présentée pour la fabrication de modules. / An organic photovoltaic (OPV) cell consists of a thin-layer stack which includes a transparent electrode, usually made of indium tin-doped oxide (ITO). Alternative, indium-free materials, deposited in air with a wet deposition process on large, flexible substrates that are more compatible with the OPV field are currently widely investigated. Silver nanowires (Ag NWs), which represent a serious candidate to replace ITO, are the subject of this thesis. In this work a method to deposit Ag NWs on PET substrates by air spray-coating has been developed : efficient patterned conductive and transparent coatings could be processed on a large, flexible substrate. This transparent electrode was then integrated in flexible and large area OPV cells, with efficiencies comparable to ITO. Wet deposition techniques were preferred except for the silver top electrode, evaporated under vacuum. OPV cells were eventually interconnected in series in order to make an OPV module, delivering a higher electrical output. A study on selective laser ablation of layers in the OPV stack is also shown towards module processing.

Parmi les filières de cellules photovoltaïques, les cellules solaires organiques suscitent un intérêt industriel par leur faible coût financier et de production énergétique et leur application possible sur des substrats flexibles de type plastique. L'ITO (Indium Tin Oxide) est l'électrode transparente conductrice (ETC) la plus utilisée pour ces cellules ainsi que pour d'autres dispositifs optoélectroniques. Cependant, ce matériau n'est pas sans présenter certains inconvénients (rareté de l'indium, structure non adaptée à des substrats flexibles,…), et la recherche d'alternatives à l'ITO est une préoccupation actuelle de la communauté scientifique internationale. Une possibilité est alors offerte par des structures multicouches de type Oxyde|Métal|Oxyde. Le rôle des deux couches d’oxydes est d’accorder, en ajustant les épaisseurs, la position, l’intensité et la largeur de la fenêtre spectrale de transmission. Des travaux numériques et expérimentaux couplés ont été effectués en particulier sur les structures SnOx|Ag|SnOx, TiOx|Ag|TiOx et ZnS|Ag|ZnS. Par microstructuration de telles électrodes ou bien par incorporation d’un bicouche Cu|Ag comme feuillet métallique au coeur de la structure, il est possible d’améliorer leurs performances optiques en amplifiant et en élargissant la fenêtre spectrale de transmission, sans dégrader leur haute conductivité. L’intégration d’électrodes SnOx|Ag|SnOx et TiOx|Ag|TiOx au sein de cellules solaires organiques inverses a été entrepris. Des résultats photoélectriques très prometteurs ont été obtenus avec la structure TiOx|Ag|TiOx qui permet d’atteindre des performances de niveau quasi-équivalent aux cellules de référence à base d’ITO. / Among all variants of photovoltaic thins films, organic solar cells generate a major industrial interest due to low manufacturing costs, reasonable levels of energy production and suitability to flexible substrates like plastic. ITO (Indium Tin Oxide) is the most used Transparent Conductive Electrode (TCE) for organic solar cells as well as other optoelectronic devices. However, this material is not without drawbacks (scarcity of indium, non-suitability to flexible substrates...), and the search for alternatives to ITO is actively pursued by the international scientific community. One possibility is offered by Oxide|Metal|Oxide multilayer structures. By reaching the thin metal layer percolation threshold and by varying its thickness, it is possible to obtain very high conductivity and transparency of this multilayer in the visible spectral range. The role of both oxide layers is to tune the position, intensity and width of the spectral transmission window by adjusting the oxides’ thicknesses. Coupled experimental and numerical works were lead in particularly on SnOx|Ag|SnOx, TiOx|Ag|TiOx and ZnS|Ag|ZnS structures. By microstructuring such electrodes, or by incorporating a Cu|Ag bilayer as metal sheet at the core of the structure, it is possible to increase the optical performances by amplifying and expanding the spectral transmission window without degrading the high conductivity. The integration of SnOx|Ag|SnOx and TiOx|Ag|TiOx electrodes in inversed organic solar cells was undertaken. Very promising photoelectric results were obtained with the TiOx|Ag|TiOx structure which allows to reach performances close to that obtained with ITO-based reference cells.