Contrat doctoral (H/F): couplage des spectroscopies de photoémission et de photoluminescence pour le dé

Sujet de thèse :
Afin d'accélérer encore la transition énergétique, l’énergie photovoltaïque est devenue un élément essentiel du mix énergétique français. Réaliser des dispositifs photovoltaïques qui exploitent tout le potentiel des matériaux actifs requiert une connaissance approfondie des mécanismes mis en jeu lors de leur fonctionnement. Pour extraire les charges créées par l'absorption de la lumière dans les couches actives, l'ajout de couches fonctionnelles organiques ou inorganiques (ETL, HTL, TCO, etc.) est nécessaire. Les interfaces entre ces matériaux aux propriétés très différentes sont des sources potentielles de dégradation des performances de la cellule solaire qu'il convient de maîtriser. En complément de l’étude des réactions chimiques potentielles, l’ingénierie chimique et électronique permettra d’optimiser chaque matériau fonctionnel et chacune de ses interfaces. Les pertes par la recombinaison non-radiative des électrons et des trous via des défauts d'interface ou par des problèmes d'alignement des bandes d'énergie de part et d'autre des interfaces seront particulièrement étudiées. La thèse proposée vise donc à développer une nouvelle stratégie de sondes expérimentales couplées (photoémission et photoluminescence) pour étudier les propriétés optoélectroniques d'absorbeurs lors du fonctionnement de la cellule solaire. Cette méthodologie sera développée sur des technologies à base de semiconducteurs (III-V, silicium) avant d’être étendue aux absorbeurs pérovskites halogénées de nouvelle génération, réputés moins stables. La difficulté de cette approche réside principalement dans le suivi des propriétés physique (travail de sortie, densité de défauts, etc.), chimique (stœchiométrie, états d'oxydation, etc.) et électronique de ces interfaces sous excitation lumineuse ou sous polarisation. Une approche d'analyse dédiée, dite "operando", est nécessaire et devra être développée pour élucider la dynamique et la chimie du transfert de charge aux interfaces.
Contexte :
Financé par le PEPR TASE MINOTAURE, le projet de thèse se déroulera principalement à l'Institut Lavoisier de Versailles (ILV) et à l'Institut Photovoltaïque d'Île de France (UMR IPVF). Les travaux envisagés viendront renforcer le consortium existant au sein du PEPR sur le développement de méthodes operando pour l'analyse des propriétés fondamentales des interfaces dans les dispositifs photovoltaïques émergents. Un accès aux plateformes expérimentales de ce réseau de recherche qui comprend des laboratoires situés sur les campus de Paris-Saclay (GeePs), de Nantes (IMN) et de Grenoble (CEA-LITEN) pourra être mis à profit.
Le couplage de la spectroscopie de photoémission X et UV (XPS/UPS) avec des méthodes de caractérisation par photoluminescence (PL) sera développé à l’ILV. Il permettra d’étudier les propriétés optoélectroniques en fonction de la chimie en surface et aux interfaces du dispositif. L’analyse quantitative de la
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