Alexandre Carella, Hanako Okuno, Stéphanie Pouget, Jérôme Faure-Vincent, Jean-Pierre Simonato, François Rieutord, Nicolas Massonnet, Etienne Yvenou, Magatte N. Gueye, Sophie Brenet, Anass Benayad, Renaud Demadrille, Laboratoire d'Electronique Moléculaire Organique et Hybride (LEMOH), SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Chimie pour la Reconnaissance et l’Etude d’Assemblages Biologiques (CREAB), Service Général des Rayons X (SGX ), Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Nanostructures et Rayonnement Synchrotron (NRS ), Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA ), ANR-10-LABX-0051,LANEF,Laboratory of Alliances on Nanosciences - Energy for the Future(2010), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Chimie pour la Reconnaissance et l’Etude d’Assemblages Biologiques [?-2019] (CREAB [?-2019]), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Service Général des Rayons X [?-2019] (SGX [?-2019]), Nanostructures et Rayonnement Synchrotron [?-2019] (NRS [?-2019]), Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée [?-2019] (LEMMA [?-2019]), and Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels [2017-2019] (STEP [2017-2019])
International audience; Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) is certainly the most known and most used conductive polymer because it is commercially available and shows great potential for organic electronic, photovoltaic, and thermoelectric applications. Studies dedicated to PEDOT films have led to high conductivity enhancements. However, an exhaustive understanding of the mechanisms governing such enhancement is still lacking, hindered by the semicrystalline nature of the material itself. In this article, we report the development of highly conductive PEDOT films by controlling the crystallization of the PEDOT chains and by a subsequent dopant engineering approach using iron(III) trifluoromethanesulfonate as oxidant, N-methyl pyrrolidone as polymerization rate controller and sulfuric as dopant. XRD, HRTEM, Synchrotron GIWAXS analyses and conductivity measurements down to 3 K allowed us to unravel the organization, doping, and transport mechanism of these highly conductive PEDOT materials. N-methyl pyrrolidone promotes bigger crystallites and structure enhancement during polymerization, whereas sulfuric acid treatment allows the replacement of triflate anions by hydrogenosulfate and increases the charge carrier concentration. We finally propose a charge transport model that fully corroborates our experimental observations. These polymers exhibit conductivities up to 5400 S cm(-1) and thus show great promise for room temperature thermoelectric applications or ITO alternative for transparent electrodes.