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.

Dispositifs photovoltaïques d'aujourd'hui convertissent l'énergie solaire en électricité de manière propre, renouvelable et inépuisable et représentent un remplacement possible pour les combustibles fossiles. Toutefois, afin de rivaliser avec les sources d'énergie classiques une augmentation significative de l'efficacité de conversion est inévitable. Dans ce travail, nous nous concentrons sur des aspects pouvant propulser le rendement de conversion au-dessus des limites de cellules présentes. La première partie de l'étude est consacrée à de nouvelles idées théoriques considérés comme le photovoltaïque de 3ème génération, alors que le plus d'intérêt est maintenu à étudier les avantages possibles de la multiplication d'électrons faible seuil. Dans la deuxième partie de l'étude, nous développons un modèle qui permet un traitement précis des propriétés optiques et de transport des structures de silicium avec des interfaces enterrées. Les analyses théoriques et expérimentales approfondies des structures existantes MIND sont ensuite effectuées. En étudiant le flux exacte et la distribution d'énergie à l'intérieur de plusieurs structures dans le cadre de leur géométrie, nous estimons les rendements quantiques possibles et les comparer avec les résultats expérimentaux. Grâce aux moyens de simulations numériques couplées avec caractérisation expérimentale, nous extrayons l'efficacité de la collecte de porteur de cellules étudiées. De nouveaux effets sont observés, une telle augmentation possible de l'efficacité de la collecte au-dessus de l'unité. Une analyse plus approfondie des résultats expérimentaux couplés avec l'étude numérique suit quelques explications classiques et non classiques de l'augmentation de l'efficacité de la collecte ou l'augmentation résultante de l'efficacité quantique. Avec la plupart des explications classiques exclu, nous concluons que l'explication la plus probable, mais non définitive de cet effet peut être interprété comme le résultat d'une multiplication des porteurs faible seuil. / Photovoltaic devices of today convert solar energy into electricity in a clean, renewable and inexhaustible way and represent a possible replacement for the fossil fuels. However, in order to compete with classical energy sources a significant increase in the conversion efficiency is inevitable. In this work, we concentrate on the aspects able to raise the conversion efficiency above the limitations of present cells. The first part of the study is devoted to new theoretical ideas considered as 3rd generation photovoltaics, while the most interest is kept at studying the possible benefits of electron multiplication at low-energies. In the second part of the study, we develop a model that allows a precise treatment of optical and transport properties of silicon structures with buried interfaces. Extensive theoretical and experimental analyses of existing MIND structures are then conducted. By studying the exact flux and power distribution inside several structures in conjunction with their geometry, we estimate the possible quantum efficiencies and compare them with experimental results. Through the means of numerical simulations coupled with experimental characterization, we extract the carrier collection efficiency of studied cells. New effects are being observed, such a possible increase in collection efficiency above unity. A deeper analysis of the experimental results coupled with the numerical study analyzes several classical and non-classical explanations of the increase in collection efficiency or the resulting increase in the quantum efficiency. With most of the classical explanations ruled out, we conclude that the most probable, but not definitiveexplanation of this effect can be interpreted as the result of a low-energy carrier multiplication.

Le soleil offre une ressource abondante et inépuisable d’énergie. Le photovoltaïque est la technologie la plus importante pour rendre l'énergie solaire utilisable car les cellules solaires photovoltaïques recueillent le rayonnement solaire et le convertissent en énergie électrique. Les cellules solaires à colorant (DSSC) ont été très étudiées en raison de leur faible coût, d’une technique de fabrication facile et une grande versatilité. Un dispositif classique DSSC comprend une photo-anode à colorant, une contre-électrode et un électrolyte contenant un couple redox et des additifs. Pour améliorer la stabilité de ces dispositifs, le remplacement de l'électrolyte liquide par des matériaux solides transporteur de trous a été étudié pour donner ce que l’on appelle des cellules solaires à colorant solides (ssDSSCs). Récemment, les pérovskites hybrides organique/inorganiques ont été introduites dans les systèmes ssDSSCs comme absorbeur de lumière. Les cellules correspondantes, appelées cellules solaires à pérovskite (PSC) ont ouvert une nouvelle ère en photovoltaïque en raison du faible coût de ce matériau et la grande efficacité de ces cellules. L'efficacité de conversion de puissance a augmenté de 3,8% en 2009 à un rendement certifié de 20,1% fin 2014. Les composants des cellules solaires à pérovskite comprennent: une couche compacte d'oxyde jouant le rôle de barrière pour les trous photogénérés, une couche de transport des électrons (un semiconducteur de type n), la couche de l’absorbeur de lumière à base de pérovskite d’halogénure de plomb, la couche de transport des trous et le contact arrière. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur la préparation et l’amélioration des propriétés de la couche de transport d'électrons et la couche de pérovskite... / Solar energy is one of the most important resources in our modern life. Photovoltaic is the most important technology to render the solar energy usable since photovoltaic solar cells harvest light coming from sun and convert sunlight into electrical energy. Dye sensitized solar cells have gained widespread attention due to their low cost, easy fabrication technique and tunable choice for the device. A traditional DSSC device includes a dye-sensitized photo-anode, a counter electrode and an electrolyte containing a redox couple system and additives. To improve the device stability, the liquid electrolyte replacement by a solid state hole transport material has been studied in so-called solid-state dye sensitized solar cells (ssDSSCs). Recently, an amazing light perovskite absorber was introduced into the ssDSSC system to replace the dye, opening the new field of research. Perovskite solar cells (PSCs) open a new era in photovoltaic due to the low cost of this material and the high efficiency of these cells. The power conversion efficiency has risen from 3.8% to a certified 20.1% within a few years. The components in the perovskite solar cell include: the compact metal oxide blocking layer, the electron transport layer, the lead halide perovskite layer, the hole transport layer and the back contact. In this thesis, we focused on the preparation and improving the properties of the electron transport layer and the perovskite layer...

Les travaux réalisés aux cours de cette thèse ont pour but de proposer une alternative verte à la synthèse de nouveaux systèmes conjugués linéaires pour des applications en électronique plastique. La première partie sera consacrée à l’élaboration de systèmes conjugués de type D-A par une combinaison de réactions vertes : substitution nucléophile aromatique et condensation de Knoevenagel réalisées,respectivement, dans l’eau et l’éthanol. De plus, une nouvelle méthodologie sera explorée pour rendre le couplage de Stille plus éco-compatible : l’utilisation de réactifs stannylés supportés sur liquide ionique ou billes de polymère. Par cette nouvelle approche, de nouvelles structures moléculaires ont été synthétisées et ont aussi montré leur efficacité comme matériau donneur pour cellules solaires organiques.La deuxième partie s’intéressera aux relations entre structure, organisation à l’état solide et luminescence des distyrylfuranes, lorsque les substituants aromatiques latéraux varient. Le coeur furane est produit à partir de la biomasse, et les substituants sont insérés par condensation de Knoevenagel. Une étude similaire sera mise en place pour deux dérivés de benzodifurane,qui seront en plus testés en tant que matériau donneur. / This work stands for an alternative and green synthesis of new linear conjugated systems that will serve for applications in organic electronics.The first part is devoted to the design and synthesis of D-A-type conjugated systems by a combination of green reactions: nucleophilic aromatic substitution and Knoevenagel condensation, which are performed in water and ethanol, respectively. Also, a green methodology will be applied to the Stille cross-coupling by using ionic liquid, or polymer,-supported reagents. By this new approach, efficient donor materials for solar cells have been produced.The second part will focus on the relationships between the structure, the solid state organization and the luminescence of distyrylfurans with the variation of thearomatic substituants. The center of the molecule, a furan, is produced from biomass, and the aromatic substituants are incorporated by Knoevenagel condensation. A similar study will be performed on two benzodifuran derivatives, which will be also tested for solar cell applications.

Cette thèse présente le développement d'un équipement permettant le dopage Bore des cellules photovoltaïques à base de silicium de type n. Un four de diffusion, appartenant à la société Semco Engineering a été développé pour tirer profit du procédé LYDOP (Leaktight Yield Doping en anglais), breveté par la société. Ce dernier a permis la mise au point d'un procédé de diffusion du Bore, régulé sous basse pression, intégrant une source dopante gazeuse à base de BCl3 afin d'effectuer le dopage de plusieurs plaques de silicium simultanément. Les principaux paramètres influençant le procédé de dopage ont été étudiés pour obtenir un dopage très uniforme sur plaque et sur nacelle. Une large gamme de résistances carrées d'émetteurs (de 40 à 100 ohm/sq) a été obtenue avec une uniformité inférieure à 5% sur plaque et sur nacelle. Le développement du procédé de dopage a conduit à étudier deux méthodes de fabrication d'une cellule photovoltaïque sur silicium multicristallin de type n. Plusieurs méthodes pour la formation de l'émetteur Bore sur une seule face ont été présentées : masquage (SiNx, SiO2), dopage back-to-back ou gravure chimique. De cette étude, deux procédés de fabrication (flowcharts) ont été développés pour la fabrication de cellules photovoltaïques : la première par gravure à l'hydroxyde de potassium (KOH) de l'émetteur, la seconde en effectuant le dopage bore des cellules en position back-to-back (dos à dos). Un rendement sur cellule de 13,2% et 14,4% a été obtenu respectivement pour chacune des flowcharts. Ces résultats, limités principalement par les étapes de passivation et de métallisation permettent de démontrer l'utilisation du procédé Bore comme solution à la formation des émetteurs p+. / This thesis presents the development of an equipment for boron doping of n-type multicrystalline silicon solar cells. A diffusion furnace was developed by Semco Engineering Company. It was built using LYDOP (LeakTight Yields DOPing) technology, patented by Semco. This one permits a simultaneous doping of a big amount of silicon wafers using regulated low pressure processes. Boron diffusion process development was carried out using LYDOP's specifications with BCl3 as gaseous doping source. Main parameters have been studied to control diffusion process. Several sheet resistance values of emitters were achieved (from 40 to 100 ohm/sq) with uniformity under 5% within wafer and within boat by tuning process parameters. Doping process development leads us to investigate how to create a single side emitter with n-type multicrystalline solar cells. Two fabrications flowcharts were presented: one using KOH emitter etches on backside and the other using back-to-back positioning during boron diffusion. Comparison between both flowcharts carried out to 13,2% and 14,4% efficiencies solar cells, respectively on each flowchart. Results are limited by passivation and metallization of emitters. However boron diffusion process demonstrate that LYDOP technology is well adapted to develop n-type solar cells.

Ces travaux de thèse concernent la mise en place de nouvelles méthodologies de synthèse de porphyrines meso-substituées. Certaines porphyrines ont été synthétisées dans l’optique de réaliser des études d’assemblage sur surface, après post-fonctionnalisation ou non, dans le cadre de plusieurs collaborations internationales. D’autres porphyrines, en revanche, ont servi de modèles pour évaluer le potentiel d’application des nouvelles méthodologies proposées. Enfin, durant ces travaux, nous avons pu aussi mettre en œuvre une nouvelle méthodologie de synthèse permettant l’accès à des hexaphyrines meso substituées, avec des degrés de symétrie alors jamais décrits pour de tels composés. Le premier chapitre de ce manuscrit fait le point sur les caractéristiques, la caractérisation et la réactivité des porphyrines et des hexaphyrines. Le second chapitre propose quant à lui, après un état de l’art sur les méthodes de synthèse des macrocycles concernés, d’exposer les méthodologies de synthèse développées au cours de ces travaux pour les alkyle-porphyrines A4, puis une méthode non-scrambling appliquée à la synthèse de porphyrines de plus bas degré de symétrie, et enfin d’hexaphyrines. Le dernier chapitre fait état de l’utilisation de ces chromophores dans des procédés d’assemblage ainsi que leurs fonctionnalisations éventuelles pour l’intégration à ces procédés. / This thesis focuses on the development of new meso-substituted porphyrin synthetic methodologies. Some porphyrins were synthesized from the perspective of assembly studies on surfaces after postfunctionalization or not, in the context of several international collaborations. Other porphyrins however served as a model to evaluate the application potential of the proposed new methodologies. Finally, during this work we could also implement a new synthetic methodology allowing access to hexaphyrines meso substituted with degrees of symmetry never described for such compounds.The first chapter of this manuscript reports on the properties, characterization and reactivity of porphyrins and hexaphyrines. The second chapter provides, after a state of the art description on methods of synthesis of macrocycles concerned, exposing synthetic methodologies developed in the heart of this work for alkyl porphyrins A4 then a non-scrambling method applied to porphyrins with lower symmetry degree and finally hexaphyrines. The last chapter refers to the use of these chromophores in assembly processes and their possible functionalization for integrating these processes.

Les pérovskites hybrides halogénées (ABX3) sont utilisées depuis cinq ans comme couches absorbantes pour de nouvelles cellules solaires à bas coût combinant les avantages des matériaux organiques (molécule A) et inorganiques (métal B et halogène X). Très récemment, des cellules solaires à boîtes quantiques à bases de pérovskites purement inorganiques ont également montré des efficacités prometteuses, ce qui en fait une alternative potentiellement stable et efficace à leurs cousins hybrides.Le but de cette thèse de doctorat est d'étudier et de mieux comprendre les instabilités structurelles et thermodynamiques de ces pérovskites halogénées, avec un focus sur la pérovskite purement inorganique CsPbI3.Dans un premier temps les propriétés vibrationnelles et électroniques des différentes phases de CsPbI3 sont étudiées grâce à différentes techniques ab-initio, dont la plupart sont basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et son approche en réponse linéaire (DFPT). Alors que la phase γ noire, cruciale pour les applications photovoltaïques, se comporte de manière harmonique autour de l'équilibre, pour les trois autres phases nos calculs de phonons froids révèlent une instabilité de double puits au centre de la zone de Brillouin. Nos calculs montrent également que le terme d'entropie d'ordre-désordre lié à ce double puits est crucial pour empêcher la formation de la phase pérovskitoïde jaune. Nous analysons ensuite en détail les changements structurels et l’effet Rashba dynamique le long de trajectoires de dynamique moléculaire à la lumière de ces résultats.La seconde partie de la thèse porte sur la stabilité thermodynamique de la pérovskite hybride MAPbI3. Notre étude expérimentale par ellipsométrie apporte une meilleure compréhension de la décomposition chimique de MAPbI3 en ses deux précurseurs, l’iodure de méthylamonium et l'iodure de plomb, que nous avons prédite grâce à des calculs de diagrammes de stabilité DFT et que nous confirmons par diffraction des rayons X. Enfin, nous démontrons que la pérovskite hybride MAPbI3 se comporte davantage comme les composés inorganiques (grande constante diélectrique, faible énergie de liaison des excitons) que comme les matériaux organiques (faible constante diélectrique, forte énergie de liaison d'exciton). / Hybrid halide perovskites (ABX3) have emerged over the past five years as absorber layers for novel high-efficiency low-cost solar cells combining the advantages of organic (molecule A) and inorganic (metal B, halogen X) materials. Very recently, fully inorganic perovskite quantum dots also shown promising efficiencies, making them a potentially stable and efficient alternative to their hybrid cousins.The aim of this PhD thesis is to study and better understand both the structural and thermodynamic instabilities of these halide perovskites, with a specific focus on purely inorganic CsPbI3 structures.We first use various ab-initio techniques, the majority of which are based on Density Functional Theory (DFT) and its linear-response approach (DFPT), to investigate the vibrational and electronic properties of the different phases of CsPbI3. While the black γ-phase, crucial for photovoltaic applications, is shown to behave harmonically around equilibrium, for the other three phases frozen phonon calculations reveal a Brillouin zone center double-well instability. We also show that avoiding the order-disorder entropy term arising from these double-well instabilities is key in order to prevent the formation of the yellow perovskitoid phase, and evidence a Rashba effect when using the symmetry breaking structures obtained through frozen phonon calculations. We then analyze the structural changes and the dynamical Rashba splitting along molecular dynamics trajectories in the light of our findings.In a second phase, we investigate the thermodynamical stability of hybrid perovskite MAPbI3. Our experimental ellipsometry-based study brings better understanding of the chemical decomposition of MAPbI3 into its two precursors, methylammonium and lead iodides, which we predicted using DFT stability diagram calculations and which we confirm by X-Ray diffraction. Last, we prove that hybrid perovskite structure MAPbI3 behaves more like inorganic compounds (high dielectric constant, low exciton binding energy) than like organic materials (low dielectric constant, high exciton binding energy).

Cette thèse est le résultat d'un travail sur l'effet d'irradiation de cellules solaires à triple jonction (TJ) GaInP/GaAs /Ge en forme de réseau dans des conditions LILT. Initié par les besoins de la compréhension des performances EOL des cellules solaires dans la mission JUICE, nous avons trouvé des phénomènes très particuliers qui ne sont pas supposés se produire si celle-ci a été irradiée à température ambiante. Tout d'abord, une cellule de composante inférieure montrait une plus grande chute d'Isc à une température plus basse, ce qui suggère potentiellement une limitation de courant par la sous-cellule inférieure dans la structure TJ. Une dépendance en température de la récupération RF(Isc) par un recuit isochrone et, la dépendance d'orientation de la dégradation Isc de la cellule composante inférieure impliquaient que son mécanisme de dégradation pourrait être lié à des grappes de défauts formées comme des zones isolantes (non actives) pour les transporteurs minoritaires. Par ailleurs, nous avons observé en général une plus grande dégradation de FF et Pmax des cellules TJ irradiées par les électrons, par rapport aux cellules irradiées aux protons. Cette nette différence provient surtout des sous-cellules supérieure et inférieure en raison de l'apparition d'un courant d'obscurité excessif. Ce courant supplémentaire dans l'obscurité semble être lié à l'effet tunnel indirect par des défauts induits par l'irradiation électronique. En outre, EOL FF et Pmax semblaient se propager de plus en plus d'une cellule à l'autre à mesure que la fluence des électrons augmentait. Une approche de dose d'endommagement par déplacement (DDD) a été appliquée à des cellules TJ irradiées par des électrons et des protons de 1 et 2 MeV et à ses cellules composantes. Il s'est avéré que les électrons de 2 MeV induisaient une plus grande dégradation que les autres pour tous les paramètres (Isc, Voc, FF, Pmax). La cellule du milieu a montré une correspondance parfaite de DDD entre les cellules irradiées par électrons et protons en condition LILT, indiquant que les défauts finaux produits par les irradiations par électrons et protons sont peut-être les mêmes. La TJ et sa cellule de composant supérieur présentaient moins de dégradation sur les Voc sous irradiation électronique que l'irradiation protonique. Pour la cellule du composant de Ge, l'irradiation électronique a induit une dégradation beaucoup plus importante des Voc, FF et Pmax par rapport à l'irradiation protonique. Pour améliorer la dureté de rayonnement des cellules en réduisant le courant d'obscurité en excès, il serait intéressant de diminuer la concentration en dopage des jonctions pour réduire la création de défauts secondaires liés aux impuretés. / This thesis is the result of work on the irradiation effect of lattice matched GaInP/GaAs/Ge triple junction (TJ) solar cells in LILT conditions. Initiated by needs of the understanding of EOL performances of the solar cells in JUICE mission, we have found very peculiar phenomena which are not supposed to occur if it was irradiated at room temperature. First, a bottom component cell exhibited a larger drop of Isc at a lower temperature, which potentially proposes a current limiting by the bottom sub-cell in the TJ structure. A temperature dependence of RF(Isc) recovery by an isochronal annealing and the orientation dependence of Isc degradation of the bottom component cell have implied that its degradation mechanism could be related to defect clusters formed along proton tracks, acting like insulating (non active) area for minority carriers. Second, we have observed in general larger degradation of FF and Pmax from electron irradiated TJ cells compared to proton irradiated ones. This distinct difference has originated especially from the top and bottom sub-cells due to the occurrence of excess dark current. This additional current in dark seems to be related to the indirect tunneling effect by defects induced by electron irradiation. Furthermore, EOL FF and Pmax appeared to be more and more spread from cell to cell as the electron fluence increased. A displacement damage dose (DDD) approach was applied to 1 and 2 MeV electron and proton irradiated TJ cells and its component cells. It turned out that 2 MeV electrons induced greater degradation than others for all parameters (Isc, Voc, FF, Pmax). The middle component cell showed almost a perfect match of DDD between electron and proton irradiated cells in LILT condition, indicating that the final defects produced by electron and proton irradiations are perhaps the same. TJ and its top component cell showed less degradation on Voc under the electron irradiation compared to the proton irradiation. For the Ge bottom component cell, the electron irradiation induced much larger downgrading of Voc, FF and Pmax compared to the proton irradiation. To improve the radiation hardness of the cells by reducing the excess dark current, it would be worth to decrease the doping concentration of junctions to reduce the creation of secondary defects related to impurities.

Les composés pérovskites halogénés AMX3 (A+ est un cation organique ou inorganique monovalent : Cs+, méthylammonium [CH3NH3]+ (MA) ; M2+ un cation métallique bivalent comme le Pb2+ et X un anion halogénure I-, Br- ou Cl-) possèdent des propriétés remarquables pour les absorbeurs des cellules photovoltaïques. La structure pérovskite offre la possibilité de moduler facilement les propriétés des matériaux en modifiant leur composition chimique : leur largeur de bande interdite peut être ajustée en variant la nature de l’halogène. Les travaux menés au sein de cette thèse portent sur l'élaboration et la caractérisation approfondie de matériaux pérovskites halogénés mixtes – c'est-à-dire avec un mélange d’ions sur les sites A, M ou X – de faibles dimensions tels que les couches minces et les nanocristaux.Un protocole de fabrication de cellules pérovskites de référence avec les absorbeurs CH3NH3PbI3 et CH3NH3PbI3-xClx et un rendement dépassant 10 % a été établi. Ceci a permis de fabriquer des couches minces pérovskites avec une épaisseur contrôlée et de manière reproductible sur différents substrats de TiO2 (compact, mésoporeux ou monocristallin). L’étude de ces couches par diffraction des rayons X au laboratoire et au synchrotron a mis en évidence une orientation préférentielle (001) des cristallites pour CH3NH3PbI3-xClx quel que soit le type de substrats de TiO2. En utilisant un substrat TiO2 monocristallin nous démontrons pour la première fois que le degré d’orientation et la taille des grains sont fortement augmentés (taux de couverture de surface 80%) par rapport aux substrats contenant du TiO2 mésoporeux ou une couche compacte polycristalline. La présence du chlore à l’interface TiO2–pérovskite et la faible rugosité du substrat sont des facteurs clés favorisant la croissance de cristallites orientés.Dans la deuxième partie de la thèse, l’influence de la substitution partielle du Pb2+ par des cations métalliques homovalents non toxiques (alcalino-terreux et métaux de transitions 3d) sur la structure et les propriétés optiques des nanocristaux pérovskite hybrides et inorganiques a été étudiées. La morphologie et la taille des nanocristaux hybrides MAPb1-xMxBr3 synthétisés par méthode de reprécipitation est largement impactée malgré une faible substitution (x : maximum 6% avec Mg2+). Au contraire dans les nanocristaux inorganiques CsPb1-xMxX3, synthétisés par injection à chaud, jusqu’à 16% du Pb2+ peut être remplacé par du Mg2+ ou du Sr2+ en conservant leur taille, forme, structure, propriétés d’absorption et de photoluminescence. Pour un taux de substitution plus élevé (une valeur maximale de 22% a été atteinte), la formation de la structure Cs4PbX6 est favorisée. / Metal halide perovskites AMX3 (A+ is an organic or inorganic cation: Cs+ methylammonium [CH3NH3]+ (MA); M2+ is a metallic cation such as Pb2+ and X a halide anion I-, Br- or Cl-) have remarkable properties as solar cell absorbers. In the perovskite structural framework the properties of the materials can be easily tailored by modifying their chemical composition. Changing for example the halide anion modulates their band gap. This thesis deals with the synthesis and the advanced characterisation of mixed halide perovskite materials – i.e. with mixed ions on the same site A, M or X – of low dimensions such as thin films and nanocrystals.A fabrication protocol was developed for reference solar cells with CH3NH3PbI3 and CH3NH3PbI3-xClx absorbers yielding a power conversion efficiency over 10%. The perovskite thin films could be fabricated with a controlled thickness and a high reproducibility on different TiO2 substrates (compact, mesoporous or monocrystalline). The study of these thin films by laboratory and synchrotron X-ray diffraction showed that the CH3NH3PbI3-xClx crystallites exhibit a preferential (001) orientation on any kind of TiO2 substrate. By using monocristalline TiO2 substrates we showed for the first time that the degree of orientation and the grain size increased considerably (the surface coverage was determined to be 80%) compared to mesoporous and compact polycrystalline TiO2 substrates. The presence of chlorine at the TiO2–perovskite interface and the low surface roughness of the substrate are key factors, which promote the growth of highly oriented crystallites.In the second part of the thesis, the influence of the partial substitution of lead with non-toxic homovalent metal cations (alcaline earth, 3d transition metals) on the structural and optical properties of hybrid and inorganic perovskite nanocrystals was studied. The morphology and the size of MAPb1-xMxBr3 hybrid nanocrystals synthesised by reprecipitation is clearly affected despite the low substitution (x: maximum 6% with Mg2+). Conversely, in CsPb1-xMxX3 inorganic nanocrystals synthesised by hot injection, up to 16% of Pb2+ could be replaced by Mg2+ or Sr2+, while keeping their size, shape, structure, absorption and photoluminescence properties. With a higher substitution ratio (up to 22% was achieved), the formation of the Cs4PbX6 structure is favoured.

Dans le contexte environnemental actuel, le photovoltaïque bénéficie de l'augmentation des efforts de recherche dans le domaine des énergies renouvelables. Pour réduire le coût de la production d'électricité par conversion directe de l'énergie lumineuse en électricité, le photovoltaïque concentré est intéressant. Le principe est de concentrer une grande quantité d'énergie lumineuse sur des petites surfaces de cellules solaires multi-jonction à haute efficacité. Lors de la fabrication d'une cellule solaire, il est essentiel d'inclure une méthode pour réduire la réflexion de la lumière à la surface du dispositif. Le design d'un revêtement antireflet (ARC) pour cellules solaires multi-jonction présente des défis à cause de la large bande d'absorption et du besoin d'égaliser le courant produit par chaque sous-cellule. Le nitrure de silicium déposé par PECVD en utilisant des conditions standards est largement utilisé dans l'industrie des cellules solaires à base de silicium. Cependant, ce diélectrique présente de l'absorption dans la plage des courtes longueurs d'onde. Nous proposons l'utilisation du nitrure de silicium déposé par PECVD basse fréquence (LFSiN) optimisé pour avoir un haut indice de réfraction et une faible absorption optique pour l'ARC pour cellules solaires triple-jonction III-V/Ge. Ce matériau peut aussi servir de couche de passivation/encapsulation. Les simulations montrent que l'ARC double couche SiO[indice inférieur 2]/LFSiN peut être très efficace pour réduire les pertes par réflexion dans la plage de longueurs d'onde de la sous-cellule limitante autant pour des cellules solaires triple-jonction limitées par la sous-cellule du haut que pour celles limitées par la sous-cellule du milieu. Nous démontrons aussi que la performance de la structure est robuste par rapport aux fluctuations des paramètres des couches PECVD (épaisseurs, indice de réfraction).