Thèse Révéler le Potentiel des Photovoltaïques en Couches Minces Grâce aux Méthodes de Résonance Magnétique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement
Laboratoire de recherche : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide
Direction de la thèse : Manjunatha Reddy GOLLAPALLI NARAYANA ORCID 0000000282832462
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-07-20T23:59:59

Les polymères semi-conducteurs organiques et les matériaux hybrides à base de pérovskites se sont imposés comme des technologies prometteuses pour la conversion de l'énergie solaire dans des applications de grande surface et distribuées, telles que le photovoltaïque intégré au bâtiment, les façades actives, l'Internet des objets et les réseaux de capteurs extérieurs. Leur attractivité repose sur leur faible masse, leur flexibilité mécanique, leur mise en oeuvre par procédés en solution et leur compatibilité avec des techniques de fabrication à grande échelle, ainsi que sur l'amélioration continue de leurs rendements de conversion énergétique. Néanmoins, la stabilité opérationnelle limitée demeure un verrou majeur à leur déploiement à grande échelle. Les pertes de performance résultent de processus de dégradation complexes et multi-échelles, impliquant des réactions chimiques, une évolution morphologique des couches minces photoactives et des instabilités aux interfaces des architectures de dispositifs. Dans ce projet, nous proposons d'exploiter la spectroscopie et l'imagerie par résonance magnétique comme une plateforme puissante et non destructive pour étudier le dépôt des films, l'assemblage des dispositifs et leur instabilité en fonctionnement. Ces méthodes peuvent être mises en oeuvre sous illumination, température et environnement contrôlés, permettant des analyses de RMN du solide in situ lors du dépôt des couches et des caractérisations operando par RPE lors des tests de stabilité, comblant ainsi l'écart entre les conditions de laboratoire et l'utilisation réelle. La RMN du solide (SSNMR, à RM2I-UCCS) offre une sensibilité atomique à la structure moléculaire, aux interactions intermoléculaires et aux dynamiques locales, fournissant un accès direct aux mécanismes de dégradation photo- et thermiques dans les couches photovoltaïques. En complément, la résonance paramagnétique électronique (RPE, à LASIRE) permet de détecter spécifiquement les espèces paramagnétiques, telles que les radicaux, états pièges et charges accumulées, qui gouvernent la durée de vie des dispositifs. Les approches d'imagerie RMN et RPE apportent enfin une vision spatialisée de l'hétérogénéité, de la diffusion et des gradients de dégradation, reliant les évolutions locales aux performances macroscopiques et guidant la conception rationnelle de technologies photovoltaïques plus stables et commercialement viables.

Dans ce projet, nous proposons d'exploiter la spectroscopie et l'imagerie par résonance magnétique comme une plateforme puissante et non destructive pour étudier le dépôt des films, l'assemblage des dispositifs et leur instabilité en fonctionnement. Ces méthodes peuvent être mises en oeuvre sous illumination, température et environnement contrôlés, permettant des analyses de RMN du solide in situ lors du dépôt des couches et des caractérisations operando par RPE lors des tests de stabilité, comblant ainsi l'écart entre les conditions de laboratoire et l'utilisation réelle.