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Sujet:
L'énergie photovoltaïque est considérée de nos jours comme la source d'énergie naturelle la
plus utile. Différents types de technologies solaires sont actuellement disponibles industriellement, et
les travaux de recherche et développement pour améliorer leur potentiel se poursuivent. De nos jours,
les cellules à base de silicium sont les plus commercialisées et elles produisent des rendements de
conversion solaire élevés. Cependant, des procédés coûteux à haute température et utilisant un vide
poussé sont nécessaires afin d'élaborer du silicium suffisamment pur. Un autre matériau photo-actif
appelé pérovskite vient d'émerger dans la communauté de l’énergie solaire. Il attire actuellement
l’attention du monde entier car il se distingue par ses performances photovoltaïques exceptionnelles,
ses propriétés d’absorption et sa mobilité de porteurs de charge élevées, ainsi que son processus de
fabrication plutôt simple. Le coût de production étant inférieur à celui des cellules solaires au silicium
tout en étant aujourd’hui capable de générer un rendement de conversion d'énergie proche de celui des
cellules solaires au silicium, les cellules solaires à pérovskite sont considérées comme l'avenir de la
technologie photovoltaïque.
En plus de leur efficacité rapidement accrue, ces dernières se caractérisent par une grande flexibilité en
terme de possibilités à la fois lors du choix de la méthode de déposition ou de l'architecture. C’est dans
ce contexte que s’inscrit le sujet de thèse proposé. Au effet, l'un des facteurs les plus importants pour
optimiser les performances des cellules solaires à base de pérovskite est la qualité de la couche active
élaborée. La plupart des propriétés de ce film comme sa cristallinité, sa morphologie et son uniformité
dépendent de la méthode de fabrication utilisée. Le revêtement par enduction centrifuge (spin-coating)
est actuellement la méthode de dépôt la plus couramment utilisée pour les pérovskites. Cependant, elle
ne permet le dépôt que sur de petites surfaces, nécessite quelques additifs toxiques pour maintenir la
stabilité de la pérovskite, ainsi qu’un travail en milieu inerte, ce qui augmente son coût. Il existe donc un
besoin crucial de rechercher d'autres méthodes de dépôt, plus écologiques, à moindre coût, et
applicables à une production à grande échelle. En particulier, une technique de dépôt par
électrodéposition a pu récemment été explorée au sein du laboratoire LEPMI grâce à une première
thèse. Celle-ci s’est avérée très prometteuse : elle est peu coûteuse, forme des couches lisses et
uniformes, peut être appliquée pour des dispositifs à grande échelle et, surtout, elle est élaborée en
conditions ambiantes et est écologique concernant l'ingénierie des solvants. En effet, aucun solvant
toxique n'est nécessaire pour stabiliser ou améliorer la morphologie des films obtenus. Les principaux
solvants utilisés sont l'eau déminéralisée, l'éthanol et l'isopropanol. Le sujet de cette nouvelle thèse
consistera donc maintenant à imaginer le développement d’une stratégie par électrodéposition
permettant de répondre à une préoccupation majeure concernant la toxicité du matériau pérovskite en
lui-même. La pérovskite hybride halogénée la plus courante pour les applications photovoltaïques est
CH3NH3PbI3, mais celle-ci contient du plomb. La substitution du plomb par Sn, Ge, Bi, Sb, Cu ou d'autres
candidats potentiels n’a jamais été exploré par électrodéposition et serait un objectif très pertinent afin
de développer ce procédé de dépôt innovant.
Le choix de la formulation de la pérovskite ainsi que l’architecture du dispositif prise dans son intégralité
étant une combinaison indissociable pour obtenir de bonnes performances, les deux seront modifiées
de concert afin de maximiser l’efficacité des cellules solaires réalisées. De plus, précédemment avec
d’autres méthodes de dépôt, le design d’architectures moléculaires par substitution de cations ou
d'anions, ou même l’utilisation d’additifs, s'est avéré être une stratégie efficace pour améliorer
davantage les propriétés optoélectroniques de la pérovskite permettant d’optimiser à la fois
performance et stabilité. Ainsi, une méthode d’incorporation de ce genre d’additif pourrait être imaginé
lors du processus d’élaboration de la pérovskite par électrodéposition.
Contact: Envoyez votre CV, lettre de motivation et vos notes de master avec classement à Lara PERRIN (lara.perrin@univ-smb.fr)
Début de thèse: 01/10/2022
Date limite de candidature : 01/05/2022