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The main aim of this project is to carry out a critical and in depth study of electrical, optical and magneto transport properties of nitrogen containing III-V compounds such as bulk InN, In-rich Inl-xGaxK, GaN/lnN/Ga)J and n- and p- modulation doped Galni'1As QWs. Various experimental results presented and discussed provide fundamental important physical and electronic understanding which does not exist in the current literature such as a Superconductivity Phase transition in Mg-doped and unintentionally doped InN and also magnetotransport properties of modulation doped dilute nitrides. The plausible mechanisms are discussed in detail to explain the existence of the superconductivity in Mg and undoped InN samples. The optical properties of MBE grown III-nitrides and III-V-nitrides samples were investigated using steady state photoluminescence, Raman spectroscopy and spectral photoconductivity techniques while electrical properties were determined with Hall and magnetotransport measurements at low temperature T=1.6 K. The composition dependence of Longitudinal Optical (LO) phonon energies in undoped and Mg doped Inl_xGaxN samples are determined using two independent techniques in the range of Ga fraction from x=O to x=56%. The techniques used are the Raman and the temperature dependent momentum relaxation measurements at high temperatures where LO phonon scattering dominates the transport. The first study of spectral photoconductivity in Mg-doped indium rich GaxIn1_xK is presented. Spectral photoconductivity have three broad peaks at hw =0.65, 1.0 and l.4 eV. It is claimed that Indium segregation in the material might have occurred giving rise to three broad peaks in the photoconductivity spectra. The temperature dependence of the photoconductivity peaks suggest strongly that minority carrier trapping occurs in the material and the trapping energy of Erh=103±15meV is comparable to the Mg activation energy for InN .

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Στη παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκαν ευαισθητοποιημένες ηλεκτροχημικές ηλιακές κυψελίδες. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη βελτιστοποίηση κύριων χαρακτηριστικών των κυψελίδων αυτών, όπως είναι η απόδοση και ο χρόνος ζωής των ηλεκτρονίων. Για το σκοπό αυτό, παρασκευάστηκαν ηλεκτροχημικές κυψελίδες οι οποίες περιείχαν λεπτά υμένια ημιαγωγού TiO2. Δοκιμάστηκαν διαφορετικά υλικά κατά τη σύνθεση της πάστας TiO2 (ΗNO3, CH3COCH2COCH3, H3PO4) καθώς και διαφορετικοί τρόποι παρασκευής των υμενίων αυτών (doctor blade, spin coating), με στόχο πάντα την επίτευξη υψηλότερης απόδοσης. Έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων έτσι ώστε να προσδιοριστούν οι διάφοροι παράγοντες στους οποίους οφείλονται τα προβλήματα στη λειτουργία των κυψελίδων αυτών. Για την ευαισθητοποίηση των παραπάνω υμενίων δοκιμάστηκε η χρωστική ρουθηνίου Ν3. Επίσης, στο αρχικό στάδιο των πειραμάτων, τα υμένια TiO2 των κυψελίδων χαρακτηρίστηκαν και ως προς τη μεταβατική φωτοαγωγιμότητά τους για μια επιπλέον ένδειξη της συμπεριφοράς τους στο κενό και στον αέρα. Η μέτρηση της μεταβατικής φωτοαγωγιμότητας έγινε, επίσης, και σε διαφορετικά πάχη υμενίων με στόχο τον καθορισμό του βέλτιστου πάχους. Δείγματα που περιείχαν HNO3 διαπιστώθηκε πως είχαν υψηλότερη απόδοση εν αντιθέσει με δείγματα που περιείχαν H3PO4 τα οποία είχαν χαμηλότερη απόδοση. Ο χρόνος ζωής ενός ηλεκτρονίου φαίνεται να διατηρείται σε υψηλά επίπεδα σε δείγματα που περιείχαν ΗΝΟ3, εν αντιθέσει με άλλα δείγματα στα οποία ο χρόνος ζωής είτε είχε ραγδαία μείωση εξαρχής (Η3PO4), ή είχε ασυνήθιστη μείωση και αύξηση στη δεύτερη και τρίτη μέτρηση (CH3COCH2COCH3). Η προσθήκη CH3COCH2COCH3 στην παρασκευή των υμενίων είχε ως αποτέλεσμα υμένια με υψηλότερη μεταβατική φωτοαγωγιμότητα τόσο στο κενό, όσο και στον αέρα, όμως, χωρίς ιδιαίτερη σταθερότητα. Αντίθετα, η προσθήκη HNO3 παρουσίασε ομαλότερη συμπεριφορά και σαφώς υψηλότερη μεταβατική φωτοαγωγιμότητα στα υμένια σε σύγκριση με υμένια που περιείχαν H3PO4, τα οποία ίσως και λόγω υψηλής ηλεκτραρνητικότητας της φωσφορικής ρίζας σε σύγκριση με αυτή της νιτρικής ρίζας, φάνηκαν ιδιαιτέρως ασθενή. Τα δείγματα παρουσίαζαν μείωση της απόδοσης σε συνάρτηση με το χρόνο. Επιπλέον, το γενικό συμπέρασμα για το πάχος ήταν πως πρέπει να κυμαίνεται γύρω στα 10μm για την αποδοτικότερη λειτουργία μιας ηλεκτροχημικής κυψελίδας. Το υμένιο τέτοιων κυψελίδων αποδείχτηκε πως έχει τη βέλτιστη μεταβατική φωτοαγωγιμότητα στο κενό και στον αέρα, επίσης. Επιπρόσθετα, η σύνδεση των ηλεκτροδίων ομοεπίπεδα (coplanar) σε σχέση με τη την σύνδεση τους ως σάντουιτς δίνει καλύτερα αποτελέσματα και μάλιστα με διαφορά μεγέθους τεσσάρων τάξεων, όσον αφορά τη μεταβατική φωτοαγωγιμότητα τόσο στο κενό, όσο και στον αέρα. Τέλος, η μέθοδος εναπόθεσης spin-coating ενδείκνυται για τα συγκεκριμένα πειράματα, λόγω επίτευξης υμενίων ιδιαιτέρως ομοιόμορφων και με επαναληψιμότητα. Λόγω επίτευξης μικρού πάχους υμενίων, ενδείκνυνται οι πολλαπλές επιστρώσεις για μεγαλύτερο πάχος των υμενίων. Συνίσταται, επίσης, εναλλακτικά είτε πυκνότερη πάστα, είτε λιγότερα δευτερόλεπτα περιστροφής, ή συνδυασμός αυτών των δύο παραμέτρων. Αντιθέτως, η μέθοδος doctor blade οδήγησε σε υμένια που δεν ήταν τόσο ομοιόμορφα και αυτό το γεγονός είχε αντίκτυπο και στη λειτουργία της κυψελίδας. / In the present thesis, dye-sensitized solar cells were studied. Particular emphasis was placed on optimizing the main characteristics of these cells, such as the efficiency and the lifetime of electrons. For this purpose, dye-sensitized solar cells were prepared containing thin films of semiconductor TiO2. Different materials were tested during the composition of the paste TiO2 (ΗNO3, CH3COCH2COCH3, H3PO4) as well as different ways of preparation of these films (doctor blade, spin coating), always aiming to achieve higher performance. Also, the results compared in order to identify individual factors behind the problems in the functioning of these cells. For the sensitization of these films, the ruthenium dye N3 was tested. Also, at the initial stage of the experiments, the TiO2 films of the cells were characterized in terms of their transient photoconductivity for an additional indication of the behavior in vacuum and in air. The measurement of the transient photoconductivity was taken place also at different film thicknesses in order to determine the optimal thickness. Samples containing HNO3 found to have higher performance unlike samples containing H3PO4 which had a lower performance. The lifetime of an electron appears to persist at high levels in samples containing HNO3, in contrast with other samples in which the lifetime was either rapidly reducing from the beginning (H3PO4), or had unusual decrease and increase in the second and third measurement (CH3COCH2COCH3). Adding CH3COCH2COCH3 in the preparation of the films had as a result films with higher transient photoconductivity both in vacuum and in air, but without particular stability. In contrast, the addition of HNO3 showed smoother behavior and clearly higher transient photoconductivity in films in comparison with films containing H3PO4, which perhaps due to the high electronegativity of phosphate in comparison with that of the nitrate anions, seemed particularly weak. The samples showed a reduction as a function of the time. Moreover, the overall conclusion for the thickness was that it should range around 10μm in order to achieve the most efficient operation of an electrochemical cell. It has proved that the film of such cells has the most optimum transient photoconductivity in vacuum and in air, too. Additionally, the coplanar way of connecting electrodes in relation with the “sandwich” way of connecting electrodes gives better results, with difference of four grades size concerning the transient photoconductivity both in vacuum and in air. Finally, the method of spin-coating deposition is indicated for these experiments, achieving films particularly uniform and highly reproducible. Since films are thin, multiple coatings are appropriate for thicker films. Also, it is recommended, alternatively, either denser paste or fewer seconds of rotation, or a combination of these two parameters. In contrast, doctor blade method leaded to films that are not uniform at all and this fact had an impact on the function of the cell.

L’alliage de Nitrure de Gallium et d’Indium (InGaN) est devenu au cours des dernières années un semi-conducteur important pour la réalisation de composants optoélectroniques, du fait de sa bande interdite modulable en fonction de la composition d’indium, entre 0.7 eV à 3.4 eV. Ceci permet l’absorption d’une grande partie du spectre solaire et fait de l’alliage InGaN un excellent candidat pour la réalisation de cellules solaires multijonctions à très haut rendement. Ce travail de thèse a permis une investigation approfondie sur les performances de différentes structures de cellules solaire à base d’InGaN. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet visant à associer des méthodes d’optimisation mathématique multivariée à une démarche rigoureuse de simulation s’appuyant autant que possible sur des modèles et résultats expérimentaux. Il s’agit d’une nouvelle approche qui permet d’étudier les performances des cellules solaires en optimisant simultanément plusieurs paramètres (physiques et géométriques) de la cellule solaire. Nous avons étudié pour cette thèse, différentes structures de cellules solaires à simple jonction, notamment de nouvelles structures sans couche P et avons fait également l’étude d’une structure complexe à double jonction. Ces études nous ont permis d’évaluer les performances optimales que pourraient avoir les cellules à base d’InGaN et seront importantes pour la conception et l’élaboration future de cellules solaires InGaN à haut rendement / In recent years, Gallium Indium Nitride (InGaN) alloy has become a semiconductor of choice for the realization of optoelectronic devices, because of its wide spectral coverage, with a bandgap that can be modulated, by changing the indium composition, between 0.7 eV and 3.4 eV. This allows the absorption of a large part of the solar spectrumand makes the InGaN alloy an excellent candidate for the realization of high efficiency multi-junction solar cells. This thesis work led to a further investigation into the performance of different InGaN-based solar cell structures. It is part of a project aiming to associate mathematical optimization methods with a rigorous simulation process based as much as possible on models and experimental results. This is a new optimization approach that optimizes the performance of solar cells by simultaneously optimizing several parameters (physical and geometrical) of the solar cell. We have studied for this thesis, different structures of single junction solar cells, including new structures without P layer and we have also studied a complex structure with double junction. These studies allowed us to evaluate the optimal performance that InGaN-based solar cells can achieve for their design and future development

Στην παρούσα ειδική ερευνητική εργασία μελετήθηκε η αγωγιμότητα σκότους και η μεταβατική φωτοαγωγιμότητα στο κενό και στον αέρα δειγμάτων υπό μορφή δισκίων συμπιεσμένης σκόνης διοξειδίου του τιτανίου (με την εμπορική ονομασία Evonik-Degussa (P25)) και δειγμάτων UP25 που προέκυψαν μετά από ανάμιξη σκόνης P25 και ουρίας (urea NH2CONH2) σε αναλογία βάρους 1:1, και τα οποία ψήθηκαν για 1 ώρα στους 450oC. Κατά το ψήσιμο καίγεται η ουρία και τροποποιεί την επιφάνεια του TiO2. Η αγωγιμότητα σκότους του δείγματος UP25 είναι μεγαλύτερη στο κενό από την αντίστοιχη του P25, γεγονός που αποδίδεται στην παρουσία της ουρίας, η οποία εισάγει κενές θέσεις οξυγόνου που δρουν σαν δότες ηλεκτρονίων. Στον αέρα η αγωγιμότητα σκότους του δείγματος UP25 είναι μικρότερη από την αντίστοιχη του P25 και αυτό οφείλεται στην προσρόφηση μορίων οξυγόνου στην επιφάνεια του TiO2, τα οποία δεσμεύουν ηλεκτρόνια και στην παρουσία αζώτου (από την ουρία), το οποίο εμποδίζει την προσρόφηση υγρασίας. Η φωτοαγωγιμότητα στο κενό φθάνει σε υψηλές τιμές και στα δυο δείγματα και εμφανίζεται ιδιαίτερα ευαίσθητη στο περιβάλλον. Η μεταβατική φωτοαγωγιμότητα αυξάνει με αργό ρυθμό στο κενό, φθάνοντας στον κόρο μετά από ημέρες και είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτήν στον αέρα. Η «αύξηση» και η «μείωση» της φωτοαγωγιμότητας στον αέρα είναι πιο γρήγορη από την αντίστοιχη στο κενό και στα δυο δείγματα λόγω επανασύνδεσης. Στον αέρα η διαδικασία της επανασύνδεσης είναι ιδιαίτερα έντονη στο δείγμα UP25, καθώς η παρουσία του αζώτου μειώνει δραματικά την φωτοαγωγιμότητα λόγω της δημιουργίας μεγάλου αριθμού κέντρων επανασύνδεσης. / In the present master thesis, dark conductivity and transient photoconductivity in vacuum and in air were studied in samples of titania powder P25, which is a commercial product of Evonik-Degussa, and of UP25, prepared by mixing P25 and urea (NH2CONH2) powders in 1:1 weight ratio and consequent calcinations at 450 oC for 1 hour, in the form of pellet. The dark conductivity of UP25 is greater in vacuum than the corresponding one of P25 and this effect is attributed to urea’s presence, which introduces oxygen vacancies, that behave like electron donors. The dark conductivity in air of UP25 is lower than the corresponding one of P25, which is attributed to oxygen molecules adsorption on TiO2’s surface, which act as electron scavenger and nitrogen’s presence (by urea), which prevents water’s absorption. Photoconductivity in vacuum reaches very high values in both samples and is sensitive on the environment. Transient photoconductivity rises slowly in vacuum, saturating in days, and is much larger than that in air. The rise and the decay of the photoconductivity in air are faster than in vacuum for both samples, due to recombination. In air, the recombination process is significant mainly in sample UP25 since the nitrogen presence creates a large amount of recombination centers causing an important decrease of photoconductivity.

Les diodes électroluminescentes (DEL) à base de GaN ont déjà été commercialisées comme solution économique d’éclairage, étant donné que les multi-puits quantiques (MQW) basés sur InGaN/GaN peuvent être conçus pour produire de la lumière dans toute la gamme spectrale visible. Pour obtenir une émission de lumière blanche, la conversion à base de phosphore conduit à une faible efficacité due à la perte de Stokes et peut également produire un faible indice de rendu des couleurs (IRC). Par conséquent, pour une efficacité élevée et une lumière blanche avec un IRC élevé, la génération de lumière blanche par combinaison rouges-vertes-bleues (RGB) est nécessaire. La DEL bleue basée sur InGaN/GaN présente une bonne performance aujourd'hui. La DEL rouge à base de III-phosphure est également très efficace. Cependant, avec des longueurs d'onde intermédiaires pour l'émission de spectre vert, l'efficacité des dispositifs diminue avec l'augmentation de la composition d’indium (In) dans la région active à cause de l'épitaxie selon la direction de GaN communément utilisée (0001-Ga). Ce «green-gap» est le principal obstacle pour obtenir une DEL blanche sans phosphore. Les structures DEL non ou semi-polaires pourraient être une solution pour réduire ou omettre le problème de polarisation, cependant, une croissance plus facile de bonne qualité cristalline avec moins d'étapes de fabrication font que la croissance de la direction (0001-Ga) est toujours commercialement prometteuse. Par conséquent, une conception de structure optimisée pour atténuer la polarisation et augmenter l'émission optique provenant d'hétéro-structures élaborées dans cette direction de croissance est toujours demandée. Les structures de DEL classiques multi-puits quantiques (MQW) InGaN/GaN sont développées sur une template GaN et utilisent du GaN comme couches barrières. Cependant, notre objectif a été de faire croître des MQW à contenu élevé avec des barrières InGaN sur une nouvelle template InGaN appelé «semi-bulk» (SB). La réalisation de la thèse est de simuler, décroître par épitaxie en phase vapeur organométallique (MOVPE) et de fabriquer la structure de DELs à haute teneur en In dans les barrières MQW avec InGaN, crues sur une template InGaN «semi-bulk» de haute qualité, et qui émettent dans le spectre du bleu au vert / GaN-based light-emitting diodes (LEDs) have already been commercialized for solid-state lighting, since the InGaN/GaN-based multi-quantum-well (MQW) of LEDs can be designed to produce light in the entire visible spectral range. To obtain white LED, phosphor-based down-conversion results in low efficiency due to Stokes loss and also can yield low colour rendering index (CRI). Hence, for highly efficient and with high CRI white light, generation of white light by monolithic red-green-blue (RGB) combination is necessary. InGaN/GaN-based blue LED has good performance now-a-days. III-phosphides based red LED has also achieved good efficiency. However, with intermediary wavelengths for green spectra emission, the efficiency of devices from epitaxy grown along the commonly used (0001-Ga) direction of GaN decreases with increasing indium (In) content in the active region and this “green-gap” is the main obstacle to get phosphor-free white LEDs. Non- or semi-polar LED structures could be a solution to reduce or omit the polarization problem, however, easier growth of good crystal quality and fewer processing steps make (0001-Ga) direction growth still commercially promising. Therefore, optimized structure design to alleviate polarization and enhance optical emission from hetero-structures grown along this direction growth is still in demand. The conventional InGaN multi-quantum-well (MQW) LED structures are grown on GaN buffer and use GaN as barrier layers. However, the objective of this thesis has been to grow high In-content MQWs with InGaN barriers on a novel so called “semi-bulk” (SB) InGaN buffer. The achievement of the thesis was to simulate, grow by metalorganic vapour phase epitaxy (MOVPE) and process LED structure with high In-content in the MQW with InGaN barriers, grown on high quality “semi-bulk” InGaN buffer, that will emit in the blue to green spectra. 70 nm thick high crystal quality InGaN SB buffer was obtained with 5% In-content. On top of this, In0.15Ga0.85N/In0.05Ga0.95N MQW was grown followed by 200 nm optimized p-GaN. The room temperature IQE was 67.5% at 460 nm emission wavelength. The processed LED chips yielded turn-on voltage less than 3 V with leakage current of ~10-3 A. In0.25Ga0.75N/ In0.05Ga0.95N MQW was also realized on InGaN SB with 7% In, with emission peak at ~530 nm

Le travail de la thèse proposé consiste à étudier, caractériser et modéliser la performance et la fiabilité de composants semi-conducteurs sous conditions extrêmes c’est à dire pendant et après que ces composants ont subi un stress électrique, un stress thermique voire les deux stress en même temps. Les composants semi-conducteurs que nous avons étudiés sont des modules photovoltaïques en silicium monocristallin pour des applications dans les énergies renouvelables. Dans cette étude, ces composants ont été soumis à plusieurs types de dégradations générant des défauts localisés dans la structure des composants. Dans un premier temps, des études approfondies des caractéristiques I(V) et C(V) et des paramètres électriques des modules solaires photovoltaïques ont été réalisées en testant une série de modules sous différentes conditions environnementales afin de fournir des données pertinentes pouvant être utiles pour l'évaluation des performances, la modélisation du fonctionnement et pour la mise en œuvre correcte et complète des modules photovoltaïques. Ces caractérisations ont été complétées par l’étude des défauts créés à l’interface et dans les structures des modules photovoltaïques par les différents stress sur la base de mesures effectuées sur ces mêmes cellules par la technique Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS). Grâce à cette technique, nous avons identifié et localisé ces défauts au sein du composant, en déterminant leur énergie d’activation et leur section efficace de capture. Les résultats de notre étude montrent ainsi l’importance des conditions de fonctionnement sur les performances instantanées et sur le long terme des systèmes photovoltaïques. Ils peuvent être exploitables directement dans la conception même des modules silicium voire transposable, en suivant la méthodologie de l’étude que nous proposons à de nouvelles technologies de modules / The objective of this work aim to study the performance, reliability of semiconductor structures after their operation under extreme conditions, during and after electrical stress, thermal stress, and combined electro thermal stresses. The studied semiconductor structures are photovoltaic cells for applications in the field of renewable energies. These devices have been exposed to several types of degradation generating localized defects in the structures. The I (V) and C (V) characteristics and electrical parameters have been studied before and after each stress case. The Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) was used as advanced technique for tracking the defects created at the interface and in the bulk structures. The DLTS technique allows identifying and locating these defects within the devices, by determining their activation energy and their capture cross-Section

Le photovoltaïque (PV) s’est imposé comme un acteur majeur de l’énergie. L’innovation dans ce domaine passera sans doute par le PV à haut rendement sur des couches minces flexibles et légères permettant son déploiement dans les applications mobiles. Cette thèse étudie le développement de cellules solaires III-V à structures quantiques visant des concepts PV hauts rendements tels les cellules solaires à bande intermédiaire (IBSC). Ces IBSC se sont montrés limités du fait de l’échappement thermique des porteurs à température ambiante ainsi que la faible absorption optique sous le gap. Nous avons évalué la topologie, le mécanisme d’échappement thermique, la structure quantique ainsi que l’absorption de boites quantiques en In(Ga)As dans un matériau hôte en Al0.2GaAs à grand gap. Nous avons aussi caractérisé de manière quantitative comment opère ce système et avons amélioré son design optique. Sous une forte irradiation, nous avons mis en évidence l’apparition d’une population de porteurs chauds dans les boites quantiques. Par ailleurs, l’effet d’absorption sequentielle à deux photons (S-TPA) a été démontré. Nous avons observé une augmentation de ce S-TPA d’un facteur x5-10 grâce à du management de la lumière réalisé notamment avec des cavités de Fabry-Pérot. Des nanostructures périodiques ont aussi été fabriquées dans le cas de cellules solaires à multi-puits quantiques par l’utilisation de lithographie en nanoimpression. Dans l’ensemble cette étude vise à discuter la possibilité de réaliser des cellules solaires à porteurs chauds assistés d’une bande intermédiaire et améliorées par un management optique afin d’ouvrir la voie pour des cellules à hauts rendements. / In the past decade, photovoltaics (PV) has become a key player for the future of worldwide energy generation. Innovation in PV is likely to rely on high efficiency PV with flexible and lightweight thin films to enable PV deployement for mobile applications. In the framework of the Japanese-French laboratory “NextPV”, this thesis investigates the development of III-V quantum structured solar cells to explore high-efficiency photovoltaic concepts especially intermediate band solar cells (IBSC). Quantum structured IBSC have proven to be limited by thermal escape at room temperature and by low subbandgap light absorption. Following a consistent approach, we evaluate the topology, thermal escape mechanism, quantum structure and optical absorption of In(Ga)As quantum dots in a wide gap Al0.2GaAs host material. We also characterize quantitatively the device operation and improve the optical design. For a high irradiation, we evidence a hot carrier population in the quantum dots. At the same time, sequential two-photon absorption (S-TPA) is demonstrated both optically and electrically. We also show that S-TPA for both subbandgap transitions can be enhanced by a factor x5-10 with light management techniques, for example by implementation of Fabry-Perot cavities with the different epitaxial transfer methods that we developed. More advanced periodical nanostructures were also fabricated in the case of multi-quantum well solar cells using nanoimprint lithography techniques. Overall we discuss the possibility of realizing intermediate-band-assisted hotcarrier solar cells with light management to open the path for high-efficiency quantum structured IBSC.

Dans ce travail de thèse, nous illustrons la pertinence de la technique de photoémission pour l'étude des propriétés électroniques des matériaux. Dans la première partie, nous détaillons le développement et la phase de tests d'un nouveau bâti expérimental composé d'une chambre d'épitaxie par jets moléculaires (MBE) ainsi que d'une chambre de photoémission résolue en angle et en spin (SR-ARPES), connecté au tube Daum à l'Institut Jean Lamour. Les hautes performances de ce nouveau dispositif sont d'une part évaluées par une série de mesures expérimentales sur un système connu de la littérature (état de Shockley à la surface de l'Au(111)), et d'autre part illustrées par l'analyse de matériaux originaux (isolants topologiques, effet Kondo moléculaire …). Les valeurs de résolution en énergie sont inférieures à 2 meV et 300 meV pour la photoémission utilisant les rayonnements UV (UPS) et X (XPS) respectivement. La résolution angulaire est quant à elle meilleure que 0,2° et la température minimale atteignable est de 8,7 K. Finalement, des premières mesures de SR-ARPES ont démontré la capacité de ce nouveau bâti à mesurer les détails les plus fins de la structure de bandes polarisée en spin, se rapprochant ainsi de l'état de l'art dans le domaine. Ce nouveau dispositif est donc pleinement opérationnel. La seconde partie est consacrée à l'étude d'un oxyde de silicium ultra-mince bidimensionnel (2D) à la surface d'un substrat monocristallin de Ru(0001). Nous étudions tous les stades de croissance en partant du substrat nu de Ru(0001) jusqu'à une bicouche cristalline de cet oxyde, par XPS haute résolution (rayonnement synchrotron) et photoémission résolue en angle (ARPES). Nous confirmons la structure atomique établie dans la littérature pour ce système à la monocouche, avec en particulier l'existence de deux types de liaisons inéquivalentes Si-O-Ru révélées par des mesures inédites d’XPS haute résolution au niveau de la raie de cœur de l'O1s. En outre, nos mesures ARPES mettent en évidence l'existence d'états dispersifs bidimensionnels propres à ce matériau 2D. Alors que la monocouche est fortement connectée au substrat de ruthénium (liaisons covalentes), la bicouche en est déconnectée (liaisons de van der Waals). Notre étude confirme l'existence d’une telle transition avec des signatures claires à la fois en XPS et en ARPES, démontrant notamment la disparition des liaisons Si-O-Ru. Nous démontrons également la robustesse de ce système, qui une fois cristallisé peut être remis à l'air sans modifications majeures de ses propriétés électroniques, lui donnant ainsi un fort potentiel de fonctionnalisation (par exemple au sein d'hétérostructures 2D complexes comme couche isolante). Finalement, dans une troisième partie nous nous intéressons aux aspects théoriques de la photoémission résolue en angle. Alors que la structure de bandes est périodique dans l'espace réciproque, ce n'est pas le cas de l'intensité de photoémission, qui peut présenter des variations complexes dépendant de nombreux paramètres. Ces aspects sont généralement mal compris par les expérimentateurs. Nous présentons ici un modèle simple récemment proposé qui s'inscrit dans une description en trois étapes du processus de photoémission, et qui permet d'évaluer les éléments de matrice à un électron. Ces éléments de matrice représentent l'ingrédient essentiel permettant de comprendre la répartition du poids spectral en photoémission. Nous démontrons que dans ce modèle ils sont proportionnels à la transformée de Fourier de l'état de Wannier du système considéré, ainsi qu'à un terme de polarisation contenant les effets géométriques inhérents à toute expérience de photoémission. Nous appliquons alors cette approche à des systèmes physiques comme le graphène, ou encore au cas de mesures de dichroïsme circulaire réalisées au niveau des états d et de l'état de Shockley d'un monocristal de Cu(111), mettant ainsi en évidence ses succès et ses limitations / In this work, we highlight the relevance of photoemission spectroscopy for investigating the electronic properties of materials. In the first part, we tackle the development and the test phase of a new experimental setup which is composed of a molecular beam epitaxy (MBE) and a spin and angle resolved photoemission (SR-ARPES) chambers, connected to the tube at the Institut Jean Lamour. The high performances of this new setup are evaluated. On one hand by measuring well known system from the litterature (Shockley state at the Au(111) surface) and on the other hand by studying materials with novel properties (topological insulators, molecular Kondo effect …). Energy resolution is better than 2 meV for UV photoemission (UPS) and 300 meV for X-ray photoemission (XPS). We also have an angular resolution better than 0.2° and a lowest sample temperature of 8.7 K. Finally, first SR-ARPES measurements demonstrate the ability of this new installation to measure finest details of the spin polarized band structure. In short, this new setup is fully operationnal. The second part is dedicated to the study of a two dimensionnal (2D) ultra thin silicon oxide at the surface of a cristalline Ru(0001) substrate. Both growth and electronic properties are studied by high resolution XPS and ARPES. We confirm the structural model accepted for the system in the litterature for the monolayer case. In particular we confirm the existence of two inequivalent Si-O-Ru bonds with unprecedented high resolution XPS measurements on the O1s core level. In addition, our ARPES measurements highlight new dispersives states with 2D character which are unambiguously attributed to this oxide. While the monolayer is strongly connected to the ruthenium substrate (covalent bonds), the bilayer is disconnected from this latter one (van der Waals). Our work confirms the existence of such a transition with unambiguous signatures both in XPS and ARPES, in particular with the breaking of Si-O-Ru bonds. We also demonstrate the robustness of this system which, after being cristallised, can go to atmosphere without fundamental modification of his electronic properties. That gives a lot of potential applications to this 2D cristalline oxide, which could play in the futur the role of a wide band gap insulator in 2D heterostructures. In the last part, we focus on the theoretical aspects of photoemission. While band structure is periodic in the reciprocal space, it is not the case of photoemission intensity which can depend on a lot of parameters. We are motivated by the fact that these considerations are generally not well understood by experimentalists. Here, we present a simple model recently proposed in the three step approach of the photoemission process. With this model we can evaluate the one-electron matrix elements which play a key role to understand the variations of spectral weight in photoemission. In this approach, one-electron matrix elements are proportionnal to both Fourier transform of the Wannier state of the system and to a polarization term. We apply this model to « real » systems, in particular to graphene and to circular dichroism measurements on Cu(111) sample, highlighting sucess and limitations of this model