I.4. Structure électronique des matériaux
organiques
Dans les polymères linéaires non
conjugués, la structure électronique des chaînes d'atomes
ou des groupes chimiques, qui constituent l'axe de la macromolécule, est
formée seulement de liaisons ó (avec la possibilité des
niveaux électroniques ð localisés). Le large gap
d'énergie, dans ces systèmes explique le caractère isolant
et la transparence dans le domaine visible de ses matériaux. Par contre
les polymères conjugués présentent une alternance de
simples (C-C) et doubles (C=C) liaisons, une condition qui conduit à un
faible gap d'énergie dans les systèmes ð
délocalisés [04]. Les structures géométriques de
certains polymères conjugués avec l'alternance simples et doubles
liaisons le long des chaînes polymériques sont données sur
la figure I.6.
Figure I.6: Structures chimiques de quelques polymères.
PE: Polyethylene; PA : trans-
polyacetylene; PPV:
poly(para-phenylenevinylene); et le PPP : poly(para-phenylene)
Les trois
derniers polymeres sont conjugués.
Les liaisons covalentes carbone- carbone lient deux atomes
identiques et résultent en un partage des électrons
périphériques qui se déplacent alors sur des orbitales
moléculaires communes aux deux atomes. Ces liaisons moléculaires
s'obtiennent par les superpositions des orbitales atomiques.
I. 5. Conduction électrique
Dans les semi-conducteurs inorganiques, les électrons
de la bande de conduction se déplacent comme des électrons quasi
libres à travers des états délocalisés. Le
transport des charges est limité par les vibrations du réseau qui
augmentent avec la température et qui provoquent la diffusion des
porteurs. Ce modèle ne peut pas être appliqué au cas des
semiconducteurs organiques pour lesquels les polarons sont localisés. Le
transport de charges d'un site à un autre s'effectue en fait par effet
tunnel assisté thermiquement.
Le transport des charges est lié à la
conjugaison des liaisons, soit par une conduction intramoléculaire,
c'est-à-dire le long d'une même chaîne conjuguée, ou
par le chevauchement d'orbitales appartenant à deux chaînes
polymère différentes permettant à l'électron de
changer de chaîne. On est alors en présence d'une conduction
intermoléculaire [03-04-05].
I.5.1 Transport par sauts (hopping)
A cause du désordre existant dans les polymères,
le phénomène de transport élémentaire s'effectue
par transfert de charge entre deux molécules adjacentes ou deux segments
de la même chaîne de polymère. La mobilité
correspondante est thermiquement activée ; c'est-à-dire qu'elle
est proportionnelle à l'énergie d'activation. Son énergie
d'activation fait intervenir, en général, deux contributions :
intermoléculaire et intramoléculaire. La première trouve
son origine dans la différence physique entre les sites de sauts due au
désordre local et c'est une propriété inhérente
à tout solide organique amorphe. La dernière contribution est due
au changement de la conformation moléculaire par l'ajout ou
l'enlèvement d'un électron au site du transport.
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