Étude et modélisation des diodes électroluminescentes organiques (OLED)

Abstract

Actuellement, les semi-conducteurs organiques, qu’ils soient à base de polymères ou des petites molécules, représentent une alternative prometteuse, à la fois économique et flexible aux composants électroniques conventionnels. Cette nouvelle technologie, appelée “ électronique organique '', utilise des composés carbonés ayant des propriétés semi-conductrices et électroluminescentes. Les applications de ces matériaux sont variées : elles incluent les cellules photovoltaïques organiques (OPV), les transistors OFET et les diodes électroluminescentes organiques (OLED). L'objectif principal de cette thèse est d'étudier et de modéliser le comportement électrique et optique des OLED, à travers une approche basée sur la simulation numérique. Dans la première partie nous nous sommes intéressés aux dispositifs monocouches, simulés sous l'environnement Silvaco-Tcad/ATLAS. Plusieurs structures ont été modélisées en faisant varier des paramètres physiques clés, tels que la nature des électrodes et l’épaisseur des couches actives, afin d’évaluer leur impact sur les caractéristiques courant-tension-luminance (I–V–L). L'analyse des résultats a mis en évidence que l’injection de charges dépend principalement des hauteurs de barrières aux interfaces électrode/organique, tandis que le transport des porteurs de charge est limité, dans un premier temps, par la présence des pièges, puis par la formation d'une zone de charge d'espace, assistée par le champ électrique appliquée. Ainsi, l'étude de ce type de diodes organiques montre que les structures monocouches possèdent de nombreux problèmes, notamment au niveau des contacts et la zone active d'émission de la lumière. Dans la deuxième partie, afin de surmonter ces limitations, nous avons exploré des architectures multicouches. Ces structures sont constituées de couches fonctionnelles spécifiques, assurant respectivement l’injection, le transport et la recombinaison des porteurs de charge. Cette configuration permet d'améliorer significativement la balance des charges au sein du dispositif, et ainsi d’optimiser les performances électriques et optoélectroniques de l’OLED.