Regioregular poly(3-alkylthiophenes) is a kind of conjugated polymers with HT-coupled structures . P3HT(head-to-tail) can be easy to access a low energy and low space obstacle coplanar conformation that leads to highly conjugated polymer , better conductivity and optical properties. In this research, we found out the different way of synthesis led to differences in properties such like regioregular, molecular weight. Above mentioned would influence spectrum of materials and device morphology. We chosen three kind of methods easily to synthesize from papers included FeCl3 Method, Grignard metathesis methods(Methylmagnesium bromide¡BTert-butylmagnesium chloride). We observed the different synthetic methods we used led to different reaction and color. After the analysis, there are not only differences between regioregular and molecular weight but molecular conformation. We also noted there were some residues that could not be completely removed by ion in the polymerization process. Absorption spectrum of film is shifted showed it has different degrees of phase separation. The literature tell us that the molecular weight greatly influences the device efficiency, because it changes the morphology and that affects the mobility and Regioregular. In this study, another field of research discusses the impact of ion. It was found after polymerization. The product not clean in the absorption spectrum of performance does not meet the solar cell requirements. After washing, it couldn¡¦t wash away the small amount of residue ion Fe, Mg, Ni, and it¡¦s about 1 ~ 3% in the total material. The experiment shows the various characteristics of different materials leads to change in device efficiency. Among them, the devices have the high molecular weight and good regioregular have the higher efficiency.

Le poly(3-hexylthiophène) régiorégulier (rr-P3HT) est l’un des matériaux phare pour les applications en électronique plastique. Afin d’améliorer les performances des dispositifs, il est important de comprendre et de contrôler la structure et la morphologie de la couche active. Des films minces de rr-P3HT cristallins et orientés peuvent être obtenus par epitaxie directionnelle par cristallisation (DEC) de 1,3,5-trichlorobenzène (TCB). Dans ce travail de thèse, nous présentons les avantages de la méthode DEC pour (i) déterminer la structure cristalline du rr-P3HT et pour (ii) étudier les fibres « shish-kebab », une morphologie alternative du rr-P3HT. La première partie de ce manuscrit consiste en l’analyse structurale par diffraction électronique de la forme I du P3HT obtenue dans les films epitaxiés. Afin d’affiner le modèle structural, nous avons fait varier la conformation des chaînes latérales. Dans un deuxième temps, nous avons appliqué ce même protocole afin de résoudre la structure du second polymorphe du P3HT (forme II) grâce à l’obtention de monocristaux parself-seeding. La deuxième partie du manuscrit est consacrée à l’élaboration de fibres orientées dites en « shish-kebab » par épitaxie dans un mélange TCB/Pyridine. La cinétique de croissance ainsi que l’orientation des chaînes de P3HT sont étudiés afin d’optimiser la méthode de préparation des fibres. L’effet de la masse moléculaire sur leur formation a également été évalué. Finalement les propriétés de transport de charges au sein de ces fibres ont été étudiées grâce à l’élaboration de transistors à effet de champ. / Regioregular poly(3-hexylthiophene) (rr-P3HT) is one of the promising materials for plastic electronic applications. Understanding as well as controlling the structure and morphology of the active layer is essential to improve the device efficiency. Highly crystalline and highly oriented rr-P3HT thin films can be obtained via directional epitaxial crystallization (DEC) in 1,3,5-trichlorobenzene (TCB). In this dissertation, we present the benefits of DEC method to (i) determine the crystal structure of rr-P3HT and (ii) to study shish-kebab fibers, an alternative morphology of rr-P3HT. The first part of this dissertation is related to the structural analysis of rr-P3HT form-I by using electron diffraction analysis on the epitaxied film. Furthermore, the modification of side chain conformation is used to improve the structural model. Finally, the determination protocol is also applied to resolve the preliminary crystal structure of rr-P3HT form II prepared by self-seeding method. The second part of thisdissertation is related to highly oriented shish-kebab fibers of rr-P3HT prepared by epitaxial crystallization in a mixture of TCB and pyridine. The investigations of growth kinetics and orientation of P3HT chains in the fiber are performed in order to determine the optimization of preparation conditions and growth mechanism of the fibers. In addition, the effect of molecular weight on the formation of the fibers is investigated. Finally, the charge transport properties of the fibers are measured by using the field effect transistor configuration.

Dans cette étude, des copolymères à blocs rigide-flexible comprenant des segments donneur [poly(3-hexylthiophène) régiorégulier, (rr-P3HT)] et accepteurs d’électrons (C60) ont été synthétisés. L’auto-assemblage en masse de ces copolymères à blocs avait pour objectif d’atteindre des morphologies dont la taille des domaines coïncide avec la distance idéale de transport de l’exciton (~10 nm) en vue d’utiliser ces systèmes comme matériaux de couche active dans les cellules photovoltaïques organiques de type P3HT-PCBM.La maîtrise et l'optimisation des conditions de synthèse de rr-P3HT de fonctionnalité terminale bien définie nous ont permis d'accéder à différentes architectures de copolymères linéaires di- et triblocs, constitués de P3HT comme bloc rigide et de polystyrène ou poly(4-vinylpyridine) comme bloc ‘flexible’. La fonctionnalisation du bloc flexible avec des dérivés du fullerène (C60 ou PCBM) a ensuite été réalisée et ces copolymères utilisés comme additifs pour stabiliser la morphologie de la couche active des cellules solaires organiques de type P3HT/PCBM. Les caractéristiques photovoltaïques des matériaux ainsi préparés ont été déterminées et corrélées aux analyses morphologiques de la couche active. / The performance of organic photovoltaic cells mainly depends on the active layer nano-morphology. Rod-coil block copolymers (BCPs) are well known in their ability to self-assemble into well-ordered nanoscopic morphologies. BCPs containing electron-donor and acceptor segments are of particular interest for use in photovoltaic cells because electronic light-excited states exist over distances similar to the typical size of block copolymer domains (~10 nm). Therefore, we designed novel donor-acceptor BCPs to exploit this coincidence in dimensions. This thesis is focused on BCPs based on regioregular poly(3-hexylthiophene) (rr-P3HT) due to its high hole mobility and good processibility from various solvents. Simplified and versatile syntheses of donor-acceptor rod-coil di- and tri- BCPs consisting of the donor block P3HT (rod) and polystyrene or poly(4-vinylpyridine) (coil) blocks to carry the acceptor C60 in different ways were developed. These materials were used as surfactants to stabilize the nano-morphology of reference P3HT: [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) based devices. Photovoltaic characterizations were then tied to copolymer structural data with the help of AFM and a range of complementary characterization techniques.