Du fait de leur faible coût de production et de leur intégration possible sur substrat flexible, les cellules photovoltaïques organiques sont prometteuses pour répondre aux besoins futurs en énergie. Actuellement, leur commercialisation est principalement limitée par leur faible rendement de photoconversion et leur fiabilité. Leurs performances reposent d'une part sur l'architecture de la cellule, d'autre part sur les matériaux choisis.

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans ce contexte. Ils visent à étudier le lien entre la morphologie des couches (formation de nanodomaines et organisation des molécules) et les propriétés de transport à l'échelle nanométrique en fonction des matériaux actifs utilisés. Pour cela deux voies ont été explorées.

La première voie repose sur l'utilisation des propriétés d'auto-organisation des cristaux liquides pour améliorer l'organisation des molécules à l'échelle nanométrique et aider à la formation de nanodomaines. Nous avons pu montrer que le cristal liquide influençait l'organisation et que cette influence variait avec l'épaisseur de la couche et les traitements thermiques. Ainsi qu'une amélioration du courant traversant la couche conjointement à l'amélioration de l'ordre et la modification de la morphologie de la couche.

La deuxième voie explorée repose sur l'ingénierie moléculaire. Cette partie est basée sur une étude bibliographique et a consisté à concevoir, puis synthétiser différentes petites molécules fluorées capable d'agir comme accepteurs d'électrons. La synthèse de ces molécules a été réalisée en plusieurs étapes, parmi lesquelles nous avons mis l'accent sur une méthode de couplage innovante, l'hétéroarylation directe. Nous avons ensuite pu étudier les relations structures/propriétés des molécules obtenues. Ces travaux nous ont permis de démontrer l'influence de la substitution du squelette conjugué par des atomes de fluor ainsi que la modification des chaines alkyles des groupements terminaux sur les propriétés optoélectroniques et structurelles des molécules.

Les travaux menés au cours de cette thèse ont été réalisés dans le cadre d'un projet IDEX Transversalité faisant intervenir quatre laboratoires partenaires: le LCC, le LAPLACE, le LAAS et le LPCQ.