Pour que l'énergie photovoltaïque devienne compétitive, les coûts de production doivent être baissés et l'efficacité des cellules augmentée. Les cellules solaires à base de nanocristaux semi-conducteurs constituent une approche prometteuse pour remplir ces objectifs combinant une mise en œuvre par voie liquide avec la possibilité d'ajuster précisément la largeur de bande interdite et les niveaux électroniques. Aujourd'hui, les rendements de conversion des cellules constituées de nanocristaux de sulfure de plomb approchent les 7%. Seulement, à cause des normes européennes destinées à l'affranchissement du plomb du fait de ses risques pour la santé et l'environnement, de nouveaux matériaux doivent être trouvés. Cette thèse concerne la synthèse de nouveaux types de nanocristaux semi-conducteurs et leur application dans des cellules solaires. La synthèse des nanocristaux de CuInSe2 et de SnS de taille et de forme contrôlées a été effectuée, notamment par des voies de synthèses reproductibles dont le passage à grande échelle est facilement possible. Une analyse approfondie de la structure des nanocristaux de SnS par spectroscopie Mössbauer a montré que ces nanocristaux avaient une forte tendance à s'oxyder, ce qui limite leur utilisation dans des dispositifs électroniques après exposition à l'air. La constitution de couches minces continues ayant de bonnes propriétés électriques a été effectuée par le dépôt contrôlé de nanocristaux ainsi que l'échange de leurs ligands de surface. En particulier, un nouveau type de ligand inorganique a été utilisé qui a montré une augmentation de la conductivité des films multiplié par quatre ordres de grandeurs par rapport aux ligands initiaux. Enfin, la préparation de cellules solaires basées sur ces couches minces de nanocristaux a montré des résultats encourageants et notamment un clair effet photovoltaïque lorsque le dépôt est effectué sous atmosphère inerte.

En une heure, la Terre reçoit en énergie solaire l’équivalent d’une année de consommation énergétique mondiale. Pour cette raison, les cellules photovoltaïques qui convertissent des photons en électricité, ont un rôle déterminant à jouer dans la transition énergétique imposée par les changements climatiques. Les cellules solaires sensibilisées par des colorants sont une des technologies émergentes qui ont déjà été utilisées à l’échelle industrielle à travers quelques exemples d’intégration aux bâtiments. Elles représentent une alternative esthétique et peu cher comparée aux cellules à silicium. Ces cellules hybrides dites de « Grätzel » utilisent un semi-conducteur inorganique nanostructuré sur lequel est greffé un colorant qui à l’état photo-excité va injecter des électrons dans l’oxyde. Ce sensibilisateur va être régénéré par un couple redox présent dans un électrolyte ou un transporteur de trous moléculaire qui eux-mêmes vont être régénérés à la contre-électrode. Dans ce contexte, ce travail présente les études réalisées sur certains constituants de la cellule (du semi-conducteur jusqu’au système régénérateur du colorant). La majeure partie de cette thèse concerne la synthèse et la caractérisation avancée de nouveaux semi-conducteurs organiques, des colorants ou des transporteurs de trous moléculaires, et l’étude des relations structure/propriétés. En particulier, le remplacement, la substitution ou la rigidification de groupements présents dans ces structures ont été réalisés et leur influence sur les propriétés des nouvelles molécules a été étudiée. Les colorants synthétisés présentent des maxima de la bande d’absorption à plus faible énergie allant de 440 nm à 610 nm. Les niveaux d’énergie de ces nouveaux matériaux organiques ont été déterminés par voltammétrie cyclique et également calculés et localisés par la chimie quantique. Certains composés ont été étudiés par diffraction des rayons X, par analyse thermogravimétrique ou par calorimétrie différentielle à balayage. Après une complète caractérisation, ces matériaux ont été intégrés dans des dispositifs photovoltaïques à colorants en utilisant un électrolyte liquide pour atteindre des efficacités élevées jusqu’à 9,78 % en utilisant un seul colorant et jusqu’à 10,90 % dans le cas de la co-sensibilisation du TiO2 par deux sensibilisateurs. Certains colorants ont également conduit à des efficacités se situant à l’état de l’art à 7,81 % en remplaçant l’électrolyte liquide par un liquide ionique. De plus, certains colorants dans ces mêmes dispositifs ont présenté une excellente stabilité avec une perte comprise entre 7 et 38 % après 7000 heures d’illumination continue à 1000 W.m-2 à 65 °C. Enfin, des premiers tests ont également été réalisés en dispositifs à l’état solide qui ont conduit à une efficacité 4,5 % avec un transporteur de trous de référence ouvrant de nouvelles perspectives d’application après optimisations. En parallèle, les nouveaux transporteurs de trous synthétisés dans ce travail se sont révélés efficaces en cellules à base de pérovskites. / During one hour, the Earth receives solar energy which is equivalent to one year of the world energy consumption. For this reason, photovoltaic cells that convert photons to electricity, have a key role to play in the energetic transition imposed by climate change. Dye-sensitized solar cells are one of the emergent technologies that have already been used at the industrial scale in a few examples of building integrating. They represent an esthetic and low-cost alternative compared to silicon solar cells. These hybrid cells also named « Grätzel cells » use a nanostructured inorganic semi-conductor where a dye is grafted onto the surface and acts as a sensitizer. This dye injects electrons after photo-excitation in the oxide. The dye is regenerated by a redox couple present in a liquid electrolyte or a hole transport material that are themselves regenerated by the counter electrode. In this context, this work presents studies about some of the cell constituents (from the semi-conductor to the dye regenerating system). The major part of this thesis concerns the synthesis and the advanced characterization of organic semi-conductors, dyes or hole transport materials, and the study of the structure/properties relations. In particular, the replacement, the substitution, or the rigidification of some functional groups in these structures were achieved and their influence on the properties of the new molecules were studied. The synthesized dyes present maxima of the absorption band at the lowest energy between 440 nm and 610 nm. Energy levels of the new organic materials were determined by cyclic voltammetry and also calculated and localized using the quantum chemistry. Some of the compounds were studied by X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. After a complete characterization, these materials were integrated in dye-sensitized photovoltaic devices using a liquid electrolyte to achieve high efficiencies up to 9,78 % using a single dye and up to 10,90 % in the case of the co-sensitization of TiO2 with two dyes. Certain dyes have demonstrated state-of-the-art efficiencies at 7,81 % by replacing the liquid electrolyte by an ionic liquid electrolyte. Moreover, the use of some of the dyes in these last devices was carried out and found to have an excellent stability with a loss of initial efficiency included between 7 % and 38 % after 7000 hours of continuous illumination at 1000 W.m-2 at 65 °C. Finally, first tests were also realized in solid state devices that showed an efficiency of 4,5 % with a reference hole transport material opening new application perspectives after optimizations. In parallel, the new synthesized hole transport materials in this work were effective in perovskite-based cells.

Le projet de cette thèse consistait à élaborer de nouveaux matériaux donneurs d’électrons pour les cellules solaires organiques. Cette technologie photovoltaïque émergente en plein essor a d’ores et déjà atteint la limite d’efficacité lui permettant d’être industrialisée et commercialisée à grande échelle. Le faible coût de production des dispositifs photovoltaïques organiques les rendent compétitives vis-à-vis des technologies inorganiques déjà bien implantées. Mais leur plus gros avantage est surement leur légèreté et leurs propriétés mécaniques qui les rendent très souples. Elles devraient donc certainement avoir un rôle majeur à jouer dans le futur en complément des cellules solaires classiques, avec une utilisation pour des applications spécifiques. Nous avons ainsi développé des polymères en utilisant des chromophores réputés pour leurs propriétés photophysiques : les porphyrines, les BODIPY et les dicétopyrrolopyrroles. Ces différentes unités absorbent intensément la lumière, ce qui les rend adéquates pour être utilisées pour la conversion de l’énergie solaire en électricité. En concevant un design original et adapté à cette application, nous avons ainsi obtenu plusieurs nouveaux polymères prometteurs. Nous avons ensuite pu étudier leurs propriétés électrochimiques et électroniques, ainsi que leurs caractéristiques photophysiques. Pour cela nous avons utilisé de nombreux outils (caméra streak, absorption transitoire femtoseconde, etc.) afin de comprendre en détails leur propriétés d’absorption et de luminescence. Ces informations nous ont permis de pouvoir ensuite comprendre leur comportement une fois intégrés dans la couche active des dispositifs photovoltaïques. En effet, le mécanisme de fonctionnement pour la création d’un courant électrique met en jeu des transferts d’électrons ultrarapides (∼50 fs) vers un accepteur d’électron. Il est alors crucial de pouvoir comprendre et contrôler les paramètres pouvant influencer l’efficacité de ces transferts et la stabilisation des charges qui en résultent, pour pouvoir finalement mener à des rendements de conversion de l’énergie lumineuse élevés. / The aim of this thesis was to elaborate new electron donor materials for organic solarcells. This emerging photovoltaic technology is rapidly expanding, and has yet already reached the limit for its large-scale commercialization. The low manufacturing cost of organic photovoltaic devices make then competitive face to well-established inorganic technologies. Their biggest advantage is their weight and their mechanical properties which make them flexible. They should play a key role in future as a complement to classic solar cells, with their use in specific applications. We developed polymers by using different chomophores, well-known for their interesting photophysical properties: the porphyrin, the BODIPY and the diketopyrrolopyrrole. All these units intensively absorb the light, making them perfect candidates to be used to convert sunlight to electricity. By designing appropriate structures for this application, we synthesized several new promising polymers. Afterward, we studied their electrochemical and electronic properties, as well as their photophysics. We used powerful tools (streak camera, transient absorption, etc.) in order to understand in details their absorption and luminescence properties. These results enabled us to further understand their behavior once inside the active layer of photovoltaic devices. Indeed, the mechanism for the electric current creation involves ultrafast electron transfers (∼50 fs) toward electron acceptor. It is of utmost importance to understand and control parameters that could affect the electron transfer efficiency and the resulting charge stabilization, to finally lead to better power conversion efficiencies.

La crise de l’énergie ainsi que les problèmes écologiques sont considérés comme les défis les plus importants de demain. Cependant, les sources d’énergies renouvelables et respectueuses de l’environnement ne sont pas suffisamment développées, ce qui entraîne une contribution faible à la production d’énergie. Les cellules solaires font partie des sources d’énergies renouvelables les plus attractives et prometteuses. Cependant, les panneaux solaires existants ont toujours un facteur de qualité négatif, c’est-à-dire que leur production et leur entretien demandent plus d’énergie qu’ils ne sont capables de produire pendant leur cycle de fonctionnement. Malgré la réduction exponentielle du prix des panneaux solaires, leur efficacité de conversion n’est pas suffisante. Les succès récents dans la science des matériaux ont beaucoup contribué à son amélioration, néanmoins des études sur les nouveaux matériaux photovoltaïques sont nécessaires. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit concernent les vitrocéramiques de chalcogénures dans le système GeSe2-Sb2Se3-CuI. De nombreuses compositions chimiques différentes ont été préparées et analysées du point de vue structural et électrique dans le cadre de ce système. Il a été démontré que la phase Sb2Se3, responsable des propriétés photoélectriques dans les vitrocéramiques, possède un grand potentiel pour les applications photovoltaïques grâce à ses propriétés optiques bien adaptées. L’influence des modifications de la composition des cristaux de Sb2Se3 sur la structure et les propriétés électriques a été étudiée. La flexibilité du type de conductivité et la résistivité des cristaux massifs de Sb2Se3 ont été montrées. Enfin, les couches minces à base de vitrocéramiques et cristaux massifs étudiés ont été préparées par la pulvérisation cathodique RF magnétron. Leur structure et les propriétés électriques sont également décrites dans cette thèse. Une cellule solaire complètement fonctionnelle, basée sur Sb2Se3 dopé iode et sur la vitrocéramique de 40GeSe2-40Sb2Se3-20CuI, a été préparée et caractérisée. / Energy crisis and global ecological problems are considered as important challenges of nearest future. Eco-friendly and renewable sources of energy are still severely undeveloped and contribute weakly to the energy production. One of the most attractive and promising domains of renewable energy is a solar light harvesting. However, existing solar panels still possess negative quality factor, i.e. their fabrication and maintenance require more energy that they are capable to produce during their life cycle. Despite exponential reduction of the price, solar cells are not efficient enough in terms of light to energy conversion. Recent breakthroughs in material science contributed a lot to the increase of efficiency, however further investigation of novel materials are needed. Here, chalcogenide glassceramics of GeSe2-Sb2Se3-CuI system were studied in details. Within this system various chemical compositions were prepared and analyzed for their structure and photoelectric properties. We found that Sb2Se3 phase, responsible for the appearance of photoelectric effect in glass-ceramics, have a great potential for light harvesting due to its suitable optical properties. In the present work we demonstrated the influence of various dopants on photoelectric properties of Sb2Se3 crystals. We showed a possibility of conductivity type and resistivity tuning of bulk Sb2Se3 crystals in a wide range of values. Thin film devices based on studied bulk compositions were prepared by RF sputtering and characterized structurally and electrically as well. We demonstrated a fully functional thin film solar device based on iodine doped Sb2Se3 and 40GeSe2-40Sb2Se3-20CuI glass-ceramic.

Les électrodes transparentes sont intégrées dans de nombreux dispositifs optoélectroniques tels que (les OLED, les cellules photovoltaïques, les écrans tactiles...). De nos jours, l’électrode transparente la plus utilisée est l’oxyde d’indium dopé étain (ITO : Indium Tin Oxide) qui présente une transparence élevée et une faible résistance carrée. Malgré ces propriétés optoélectroniques exceptionnelles, l’ITO présente des inconvénients tels que la rareté de l’indium et sa fragilité qui est incompatible avec les substrats flexibles. Les nanofils d’argent (AgNWs) sont considérés comme une alternative potentielle pour remplacer l’ITO en vue de leur excellentes propriétés optoélectroniques et leur flexibilité. Néanmoins, les AgNWs souffrent de certains inconvénients (adhérence au substrat, rugosité). Dans ce travail nous proposons une structure de type Oxyde/Métal/Oxyde (OMO) en insérant une couche d’AgNWs comme couche métallique entre deux couches de nanoparticules d’oxydes (ZnO, AZO, WO3) pour fabriquer des électrodes tricouches de type ZAZ, AAA et WAW. Ces dernières ont montré transmission élevée combinée à une faible résistance carrée, ce qui leur permet d’être considérées comme des électrodes alternatives à l’ITO. De plus, les électrodes ZAZ et AAA ont été intégrées avec succès dans des cellules solaires organiques. En outre, un outil numérique potentiel utilisant la méthode FDTD (Finite Difference Time Domain) nous permis de confirmer les résultats expérimentaux pour les électrodes ZAZ. Ainsi, l’amélioration de l’absorption au sein de la couche active via l’effet plasmonique des AgNWs a été démontrée également. Finalement, nous avons pu modéliser un réseau semi-aléatoire des AgNWs inséré entre deux couches de ZnO tout en démontrant la différence en transmission entre une couche dense et une en nanoparticules de ZnO. / Transparent Electrodes (TEs) are crucial components of wide variety of optoelectronic devices as (OLEDs, photovoltaic cells, touch screen…). Nowadays, the transparent electrode widely used is Indium Tin Oxide (ITO), due to its good optoelectronic properties. However, it presents some drawbacks such as the indium scarcity and its brittleness which is not compatible with flexible substrates. Silver nanowires (AgNWs) were considered as potential alternative to replace ITO because of their good optical and electrical properties. Although promising, the AgNWs presents some drawbacks, including the poor adhesion to substrate and the surface roughness. In this work, we propose a sandwich structure Oxide/Metal/Oxide (OMO), where the metallic layer is based on AgNWs. We embedded AgNWs between two nanoparticles oxide layers of (ZnO, AZO, WO3) in order to fabricate trilayer electrodes which are ZAZ, AAA, WAW. These trilayer electrodes show a high transmittance and a low sheet resistance, which lead to consider them on of the alternative to the ITO. In addition, the ZAZ and AAA electrodes were successfully integrated in organic solar cells with good photovoltaic performance. Moreover, using the potential numerical method FDTD (Finite Difference Time Domain) we demonstrated a good agreement between the experimental and numerical results for the ZAZ electrodes. Therefore, the enhancement of absorption inside active layer due to the plasmonic effect of AgNWs was also demonstrated. Finally, we can model a randomly network of AgNWs embedded between two layers of ZnO, with investigating the difference between a dense and nanoparticles layer of ZnO.

Les cellules solaires organiques (OSC) apparaissent comme une technologie prometteuse pour les énergies renouvelables en raison de leur poids léger, leur grande flexibilité et leur processus de fabrication peu coûteux. Jusqu'à présent, la plupart des OPV ont utilisé des dérivés de Fullerene, tels que PCBM ou PC71BM, en tant qu'accepteur d'électrons dans la couche active, qui s'est avéré être un goulet d'étranglement pour cette technologie. Par conséquent, le développement d'accepteurs non-fullerene est devenu la nouvelle force motrice de ce domaine. Les cellules solaires tout-polymères (tous-PSC) qui ont les avantages de la robustesse, de la stabilité et de l'accessibilité ont déjà atteint PCE jusqu'à 9%. Ainsi, le développement de nouveaux matériaux accepteurs est impératif pour améliorer les performances de tous les PSC. / Organic solar cells (OSCs) appear as a promising technology for renewable energy owing to their light weight, great flexibility and low-cost fabrication process. So far most of the OPV shave been using fullerene derivatives, such as PCBM or PC71BM, as the electron acceptor in the active layer, which have been proven to a bottleneck for this technology. Therefore,developing non-fullerene acceptors has become the new driving force for this field. All-polymer solar cells (all-PSCs) that have the advantages of robustness, stability and tunability have already achieved PCE up to 9%. Thus, developing novel acceptor materials is imperative for improving the performance of all-PSCs.

La première partie du projet consiste à synthétiser de nouveaux chromophores de structure D-π-[M]-π-A pour des applications en cellules solaires à colorant. La synthèse de complexes symétriques contenant deux fragments métalliques [Ru(dppe)2] sera ensuite envisagée pour obtenir des architectures de type D-π-A-π-D pouvant être testées comme matériau de type n ou p en cellules solaires organiques. Enfin, comme il a été précédemment démontré que la communication électronique peut avoir lieu à travers plusieurs centres ruthénium, la longueur du complexe pourra être augmentée par addition de plusieurs unités métallo-organiques pour conduire à des structures oligomériques aux propriétés d’absorption de l’énergie lumineuse exaltées. / The first part of the research project will consist in the synthesis and study of new chromophores based on the D-π-[M]-π-A model. At that stage, easy synthesis of symmetrical complexes including two [Ru(dppe)2] metal fragments will be envisaged to afford D-π-A-π-D architectures to be tested in n-type solar cells and p-type solar cells. Later on, as it has been demonstrated that electronic communication may occur through several Ru-based metal centres,the complexes length might be incremented by addition of multiple metal-organic units to create oligomeric structures with strong light-harvesting properties.

Les matériaux utilisés pour diverses applications en électronique organique ou photovoltaïque denouvelle génération subissent des dégruvent être encapsulés à l’aide de matériaux barrière àl’oxygène et à l’eau. Pour l’encapsulation des cellules photovoltaïques organiadations sous les effets conjugués de l’eau et de l’oxygène. Afinde limiter cette dégradation, ces dispositifs peques, les perméabilités àl’eau (WVTR) et à l’oxygène (OTR) de l’encapsulant ne doivent pas excéder 10-3 g.m-2.j-1 et 10-3cm3.m-2.j-1 respectivement.L’objectif de ce travail de thèse est l’étude et l’élaboration par voie humide d’une structuremulticouche hybride organique/inorganique flexible, transparente et barrière aux gaz ainsi que lacompréhension des mécanismes permettant de limiter la diffusion des gaz au travers de cette structure.Dans un premier temps, le travail de thèse a été consacré à la réalisation d’une couche mince d’oxydede silicium sur substrat polymère à partir d’un précurseur inorganique : le perhydropolysilazane(PHPS). Différentes voies de conversion du précurseur ont été étudiées et comparées. Lesperméabilités à l’eau et à l’oxygène des meilleures couches déposées sur substrat polymère sont del’ordre de 0,1 g.m-2.j-1 et 0,1 cm3.m-2.j-1 respectivement. Ces valeurs sont comparables à cellesobtenues pour des dépôts réalisés par voie plasma.Des structures multicouches hybrides ont été réalisées en intercalant des couches de polymère entredes couches d’oxyde de silicium afin de décorréler les défauts des couches denses. Cela a permisd’atteindre des perméabilités inférieures ou égales à 10-2 g.m-2.j-1 à l’eau et de l’ordre de 10-3 cm3.m-2.j-1 à l’oxygène.Les performances au cours du temps sous irradiation de cellules solaires encapsulées ont étécomparées. L’encapsulation avec le meilleur matériau barrière développé confère une stabilitéremarquable aux cellules.Cette étude a ainsi permis de montrer les structures barrières élaborées par voie liquide constituent unealternative de choix pour l’encapsulation à grande échelle de cellules photovoltaïques. / Materials used in organic electronic devices or new generation photovoltaics undergo degradation byoxygen and water. In order to prevent their degradation, the devices should be encapsulated withmaterials showing a low permeability to oxygen and water vapor. For organic solar cellsencapsulation, material permeability to water (WVTR) and oxygen (OTR) should not exceed 10-3 g.m-2.d-1 and 10-3 cm3.m-2.d-1 respectively. The aim of this work is to study and develop a solutionprocessed,flexible, transparent and gas-barrier multilayer inorganic/organic hybrid structure, and tounderstand the mechanisms involved in diffusion limitation through these barriers.Firstly, this work has been dedicated to the realization on a polymer substrate of a thin silicon oxidelayer from an inorganic precursor: the perhydropolysilazane (PHPS). Different precursor conversionpaths have been studied and compared. The best barrier layers on polymer substrate have shownoxygen and water permeabilities of about 0,1 g.m-2.d-1 and 0,1 cm3.m-2.d-1 respectively. This result iscomparable to the permeability of plasma deposited layers.Multilayer hybrid structures have been realized by introducing a polymer layer between inorganiclayers in order to decorrelate the thin layer defects. This achieved permeabilities below 10-2 g.m-2.d-1for water and 10-3 cm3.m-2.d-1 for oxygen.The photovoltaic performances of encapsulated organic solar cells under illumination have beencompared over time. Encapsulation with the best barrier material developed during this work resultedin good device stability.This study has shown that entirely solution-processed barrier materials are a promising option for largescale organic solar cells encapsulation.

L’objectif de ce travail est d’élaborer des méthodes peu chères pour produire desmatériaux semi-conducteurs pouvant entrer dans la fabrication de cellules solaires de type"eta" (extremely thin absorber). Ces cellules sont constituées d’une couche extrêmement fined’un adsorbeur inorganique dont la bande interdite est situé entre 1.1 et 1.8 eV placée entredeux nanostructures transparentes l’une de type n et l’autre de type p et dont les bandesinterdites doivent être supérieurs à 3.3 eV. Une couche compacte et des nanofils de ZnO ontété préparés en mode galvanostatique. Les dimensions des nanofils ont été contrôlées à l’aidede la couche compacte et de la densité du courant appliqué. La photosensibilisation desnanofils par des couches uniformes de CdS, CdSe et CdTe préparée par la méthode SILAR(Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction) a été étudiée. Les propriétés de cescouches ont été améliorées par recuit et traitement chimique. En ce qui concerne les finescoquilles de CdTe deux autres méthodes de sensibilisation ont été également étudiées : la CSS(Close Spaced Sublimation) et les QDs (Quantum Dots). La première méthode conduit à unfaible recouvrement alors que la seconde produit un matériau mal défini optiquement. Leshétérostructures formées sur les nanofils ont été complétées par une couche de CuSCN, unsemi-conducteur de type p, préparée par trois méthodes différentes. L’influence de lamorphologie de ces couches sur les propriétés des cellules eta a été étudiée. Les filmspréparés par électrodéposition et SILAR sont plus rugueux que ceux obtenus parimprégnation et leur conductivité est moins bonne. Les hétérostructures (avec CdS et CdSecomme absorbeurs) ont été testées dans une cellule photoélectrochimique et les rendementsobtenus (jusque 2%) montrent une amélioration certaine des propriétés de ces matériauxpréparée par SILAR-modifiée ainsi que des interfaces ZnO/absorbeur. La qualité desmatériaux obtenus par SILAR montre qu’aujourd’hui on peut s’attendre à une Renaissance decette technique. / The development of semiconducting materials for the extremely thin absorber (eta)solar cell using cheap and scalable methods was the main objective of this work. The eta-solarcell is composed of all inorganic materials consisting of an extremely thin layer of absorbingmaterial (1.1 <Eg< 1.8 eV) sandwiched between nanostructured transparent electron and holeconductors (Eg ≥ 3.3 eV). Compact and defect free ZnO thin film and nanowires (NWs) wereprepared galvanostatically. The ZnO nanowire dimensions were controlled with the ZnO seedlayer or the applied current density. The photosensitization of the ZnO nanowires withconformal layers of CdS, CdSe and CdTe prepared by Successive Ionic Layer Adsorption andReaction (SILAR) was studied. The improvement of the absorber structural and opticalproperties by annealing and chemical treatment was achieved. The Close Spaced Sublimation(CSS) and Quantum Dot (QD) sensitization were also used for CdTe thin shell deposition,while the first method produced low coverage, the second resulted in better coverage but withnot optimal optical features. The ZnO NW/absorber heterostructure was completed with ahole conducting CuSCN layer. The influence of the CuSCN layer (prepared by three methods)morphology on the eta-solar cell performance is discussed. Electrodeposited and SILARprepared films exhibited rougher surfaces than that by the Impregnation technique (whichaffects the electrical conductivity). The ZnO/absorber core/shell heterostructures were alsotested in a photoelectrochemical cell. The recorded efficiencies (up to 2 %) for the case ofCdS and CdSe photosensitizers demonstrated an improvement of the ZnO/absorber interfacesand the material quality achieved by the modified-SILAR technique. These results let us toconsider that today a Renascence of the SILAR method is happening.

L'utilisation de matériaux conducteurs transparents (TCM) a rapidement augmenté au cours des deux dernières décennies en raison de la demande croissante liée à l'usage d'appareils électroniques personnels ainsi qu'au développement de cellules solaires à base de couches minces. Jusqu'à présent, le TCM le plus couramment utilisé a été l'oxyde d'indium et d'étain (ITO), mais l'indium est une terre rare dont l'environnement géopolitique lié à son approvisionnement et à sa production est complexe. En outre, la famille des oxydes transparents conducteurs possèdent de médiocres propriétés mécaniques (associée à une fragilité mécanique) et exige souvent pour leur dépôt soit une synthèse à haute température (> 400 ° C) soit des procédés sous vide. Pour ces raisons, la recherche au cours des dernières années a mis l'accent sur la recherche de TCM alternatifs afin de remplacer l'ITO. Cette thèse s'ancre sur une double approche combinant simulations numériques et des expériences pour explorer le dépôt et l'optimisation des réseaux de nanofils d'argent pour une utilisation comme électrode transparente d'une part et d'améliorer la compréhension de leurs propriétés physiques d'autre part. L'approche par simulation concerne la modélisation de la percolation de réseaux de nanofils 2D tandis que la composante expérimentale explore les propriétés électriques et optiques des réseaux de nanofils d'argent et notamment le comportement de la résistance électrique lors de recuits thermiques. Nous présentons dans ce travail la modélisation 2D de la percolation de systèmes initialement composés de bâtonnets parfaits au sein d'un réseau idéal, puis l'étude de l'influence de paramètres tels que: la distribution des longueurs de bâtonnets, des distributions angulaires ou de la courbure de ces bâtonnets. Nous nous sommes aussi intéressés à la divergence de la densité critique nécessaire pour observer la percolation au sein de systèmes de petite taille (vis-à-vis de la longueur des bâtonnets). Par ailleurs un travail préliminaire sur la simulation de l'efficacité de collecte (ou d'injection) de charges par un réseau de nanofils est présenté. Le volet expérimental fournit une analyse de l'influence de la longueur des fils, de leur diamètre, de la densité du réseau et enfin de la méthode de dépôt sur les propriétés optiques et électriques des réseaux de nanofils d'argent. Une étude approfondie de l'effet de recuit thermique sur les propriétés des réseaux a été réalisée qui a révélé plusieurs mécanismes qui sont à l'origine de la diminution initiale de la résistance électrique à relativement basse température puis la divergence de la résistance électrique observée à haute température. Une observation originale a permis de révéler un phénomène de percolation géométrique quantifiée pour les réseaux peu denses qui a été associé à la présence de chemins efficaces de percolation indépendants. Ce travail permet de conclure que les réseaux de nanofils d'argent constituent une solution intéressante pour une utilisation comme électrode transparente en remplacement de l'ITO ; notamment car ils ont des propriétés mécaniques supérieures et peuvent atteindre des propriétés électro-optiques comparables voire même supérieures. / The use of transparent conductive materials (TCMs) has rapidly increased in the last two decades as a result of increasing demand for personal electronic devices and the development of thin film based solar cells. To date the most commonly used TCM is indium tin oxide (ITO), however indium is a rare earth metal with a complex geopolitical environment surrounding its supply and production. Furthermore the oxide family suffers from poor mechanical properties such as brittleness and generally requires either high temperature synthesis (>400°C) or vacuum processes for their deposition. For these reasons, research in recent years has focused on searching for a TCM to replace ITO. This thesis uses a dual approach combining simulations and experiments to explore the fabrication and optimisation of silver nanowire networks for use as a TCM and to improve the understanding of their physical properties. The simulation component focuses on the application of percolation modelling to 2D nanowire networks while the experimental component explores the electrical and optical properties of silver nanowire networks and their electrical behaviour under thermal annealing. We present in this work the modelling of 2D stick percolation systems initially composed of perfect idealised sticks, and then investigate the influence of parameters such as: length distributions, angular distributions or curved nanowires. We address the divergence of the critical density for the onset of percolation observed for small system sizes and introduce some preliminary work on simulating the collection (or injection) efficiency of charges by a nanowire network. The experimental component provides a discussion of the impact of wire length, wire diameter, network density and fabrication technique on the optical and electrical properties of silver nanowire networks. An in-depth study of the effect of thermal annealing on the networks properties was undertaken which revealed several mechanisms that were responsible for the initial reduction of resistance and final loss of conductivity observed. An original observation enables the revelation of geometrical quantized percolation for rather sparse networks. Finally we conclude that silver nanowire networks are an excellent prospect for a TCM to replace ITO, they have superior mechanical properties and can achieve comparable and even superior electro optical properties.