Thèse Fabrication d'Architectures de Cellules Solaires à Pérovskites Caractérisation Avancée à l'Échelle Nanométrique et Modélisation pour l'Étude des Interfaces H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris Direction de la thèse : Jose ALVAREZ ORCID 0000000335588302 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-11-30T23:59:59 À l'échelle mondiale, le photovoltaïque (PV) connaît une croissance permanente, portée par les progrès des cellules solaires à pérovskites et leur intégration dans des structures tandem pérovskite/silicium, lesquelles offrent une voie prometteuse pour dépasser la limite d'efficacité de Shockley-Queisser propre aux jonctions simples, à condition de maîtriser les mécanismes d'extraction et de sélectivité des porteurs de charge aux interfaces. Pour étudier ces phénomènes, ce travail de thèse s'appuie sur la fabrication de structures à hétérojonction latérale (LHJ), où les deux couches d'extraction (ETL et HTL) sont disposées dans un même plan, séparées par une distance variable, ce qui permet de cartographier localement le potentiel de surface aux interfaces en s'affranchissant du transport vertical et des effets d'empilement des couches. Cette approche sert à comprendre l'impact de paramètres physiques tels que l'alignement des bandes, la densité d'états de défauts et la diffusion ionique, et à optimiser les dispositifs en alimentant des modélisations numériques afin d'identifier les configurations les plus prometteuses avant toute nouvelle fabrication. Ce travail de thèse se décline en trois volets complémentaires : la fabrication des dispositifs LHJ (géométrie des électrodes, distance entre ETL et HTL) par lithographie à l'IPVF ; la caractérisation avancée associant la microscopie à sonde de Kelvin (KPFM) et les mesures de phototension de surface (SPV) menées au GeePs, qui donnent accès au travail de sortie et à la distribution du potentiel de surface à l'obscurité et sous éclairement, ainsi que les spectroscopies de photoélectrons X et UV (XPS/UPS) réalisées à l'IPVF pour déterminer la composition chimique, le travail de sortie et la position du maximum de la bande de valence par rapport au niveau de Fermi ; enfin, la simulation TCAD Silvaco Atlas, alimentée entre autres par les résultats expérimentaux, modélise le transport électronique avec ions mobiles et états de défauts, et permet, par comparaison à l'expérience, de discriminer les phénomènes physiques en jeu.
Les tandems pérovskite/silicium promettent de dépasser la limite de Shockley-Queisser, mais leur optimisation bute sur une compréhension insuffisante des mécanismes d'extraction/sélectivité aux interfaces, qui conditionnent la dégradation et la stabilité du futur dispositif.
Comprendre et discriminer les phénomènes physiques à l'interface pour optimiser les couches d'extraction et améliorer performances et stabilité des dispositifs.
Fabrication de structures à hétérojonction latérale (LHJ) par lithographie (ETL et HTL coplanaires), caractérisation avancée (KPFM, SPV, XPS/UPS) et modélisation TCAD Silvaco Atlas alimentée par l'expérience.