Au cours des dernières décennies, les chromophores organiques “push-pull” ont vu leur intérêt grandir en raison de leurs applications potentielles dans les domaines des transistors à effet de champ, de l'optique non linéaire, des OLEDs, et du photovoltaïque. Dans le cadre de la conception de cellules photovoltaïques, ces structures moléculaires correctement organisées sur une surface devraient permettre d’améliorer l’interface donneur/accepteur, l’absorption optique, et d’augmenter le volume de la couche active. Nous avons développé une synthèse en plusieurs étapes de nouvelles molécules “push-pull” comportant une tête réactive thiol autorisant la formation de monocouches moléculaires auto-assemblées (SAM) sur surfaces d’or ou d’ITO. En variant les groupements donneur, accepteur, et l’espaceur il a été possible de moduler les propriétés optiques et électroniques.Les produits obtenus possèdent une forte absorption de lumière et peuvent donc être efficaces pour le photovoltaïque. Les monocouches moléculaires finales des chromophores avec ou sans nanoparticules d’or ont été étudiées principalement par angles de contact, techniques de spectroscopie IR, UV-Vis, XPS, et par microscopie à sonde locale (STM, AFM). Les matériaux ainsi obtenus à base de SAMs de chromophores “push-pull” et de nanoparticules de métaux nobles ont ensuite caractérisés électriquement et optiquement pour évaluer leur utilisation potentielle pour la conversion de l’énergie photovoltaïque. / During the past decades, the synthesis of organic donor-acceptor (D/A) “push-pull” chromophores has been of considerable interest because of their potential use in nonlinear optics, LEDs, field effect transistors, and photovoltaics (PV). As a part of the design of the PV cells, these molecular structures correctly arranged on a surface should improve the donor/acceptor interface, the optical absorption, and increase the volume of the active layer. We have developed a multi-step synthesis of new “push-pull” molecules bearing a thiol reactive group enabling to form self-assembled monolayers (SAM) on gold or ITO surfaces. Combining various donor, acceptor, and spacer moieties we could tune the “push-pull” optical and electronic properties. The obtained “push-pull” products exhibit a high light absorption and can thus be effective in PV applications. Final SAMs with and without nanoparticles were studied mainly by contact angles, UV-vis, IR and XPS spectroscopy, ellipsometry and near-field microscopy (STM and AFM). As-obtained organic layers were then electrically and optically characterized to assess their potential use in the field of PV energy conversion.

Le travail rapporté dans ce mémoire de thèse concerne la synthèse et la caractérisation de nouveaux semi-conducteurs organiques basés sur un coeur bithiophène. Ce travail s'inscrit dans le prolongement de précédents travaux réalisés au laboratoire portant sur des dérivés du type distyryl-oligothiophènes. Au cours de ce travail, plusieurs voies de synthèse ont été développées afin de fonctionnaliser un coeur bithiophène, rigide ou non, avec différents groupements fonctionnels, principalement pour trois types d'applications : (i) la réalisation de transistors à base de couche mince organique (OFETs), (ii) l'élaboration de cellules solaires à partir de composés push-pull et (iii) le développement de capteurs. Le premier chapitre est consacré à la fonctionnalisation du benzo-[2,1-b:3,4-b']dithiophène-4,5-dione soit par des groupements mésogéniques soit par des motifs aminostyryles. L'objectif est la possibilité de préparer des OFETs par la voie liquide et de tirer profit des propriétés cristal liquide pour améliorer les performances électriques. Les propriétés cristal liquides ont été décrites, et les transistors réalisés. Malheureusement aucune mobilité de porteur de charge n'a pu être enregistrée. Dans un deuxième temps, des modifications structurales ont été apportées sur certaine des structures synthétisées afin d'améliorer les propriétés recherchées. Toutefois, au moment de la rédaction de ce manuscrit, les OFETs n'étaient pas réalisés. Dans le deuxième chapitre, de nouvelles molécules push-pull de type cruciformes ont été synthétisées dans le but d'évaluer leurs performances en tant que composés organiques actifs dans des dispositifs photovoltaïques. / The work reported herein concerns the synthesis and the characterization of new organic semiconductors built around the bithiophene core. It was relied on an extended work carried out previously in our laboratory on distyryloligothiophene derivatives. The main part of this work was dedicated to develop new functionalized organic semi-conductors with the aim to improve their properties for optoelectronic applications, mainly for: i) the realization of transistors with organic thin layer (OFETs), ii) the elaboration of solar cells from push-pull derivatives and iii) the development of sensors. The first chapter is devoted to the functionalization of the benzo-[2,1-b:3,4-b ']bithiophene-4,5-dione core either by mesogenic or aminostyryl groups with the purpose to improve, using liquid crystal properties, the microscopic ordering and the electrical performances of the synthetized organic semiconductors as well as their solution processability. Besides the liquid crystal properties characterization showing interesting behavior, the OFET devices have been made from those semiconductors but unfortunately have led to, as unexpected, poor charge transport properties. Some structural modifications have been done in order to optimize the charge transport characteristics nevertheless their electrical characterization still under progress up to now. In a second part, some push-pull derivatives, having a cruciform-like structure, have been synthetized and characterized in order to use them as an active organic layer in photovoltaic devices. Their optoelectronic properties have been evaluated and reported.