Le photovoltaïque nécessite de nouveaux matériaux pour diminuer ces coûts et améliorer les rendements. Ces travaux de thèse ont concerné le développement de nouvelles phases d'oxyde de titane pour l'électronique transparente et la conversion de photon appliquée au PV silicium. L'ablation laser pulsé est une méthode de croissance particulièrement adaptée pour la prospection de matériaux aux propriétés innovantes. Le contrôle des phases anatase, rutile et d'une phase de composition TiO1.45 épitaxié en fonction de la pression partielle d'oxygène a permis de réaliser des films aux propriétés électriques, optiques innovantes. Un film biphasé anatase/rutile dopé niobium (TNO1.80) présente ainsi une transition métal-semi-conducteur aux alentours de 68K. Par ailleurs, le film de composition TiO1.45 épitaxié s'est révélé être un oxyde transparent conducteur de type p. La découverte de ce nouveau p-TCOs a été valorisée et validée par l'élaboration d'une homojonction p - n transparente. Les matrices d'oxyde de titane rutile et anatase ont également été utilisées pour accueillir des ions terres rares Ln3+ afin de convertir les photons ultra-violet du spectre solaire incident vers le proche infrarouge (800 > λ > 1100 nm). Le transfert d'énergie des matrices TiO2 vers les dopants Ln3+ a été étudié en fonction de la structure, de la quantité de dopant ainsi que la qualité de la microstructure des films dopés Ln3+ (Ln3+=Pr3+,Tm3+,Eu3+,Yb3+,Nd3+). / New materials are needed to decrease cost and improve photovoltaic cell performance. These thesis works are focused on the development of new titanium oxide phases for transparent electronic and photon conversion applied to silicon solar cell. Pulsed laser deposition is an adapted growth method for the prospection of materials with innovating properties. The control of epitaxial growth of anatase, rutile and a phase with a composition TiO1.45 in function of oxygen partial pressure allowed us to realize films with innovating electrical and optical properties. A two phase anatase/rutile film doped niobium (TNO1.80) have shown a metal-semiconductor transition about 68 K. Moreover, transparent TiO1.45 epitaxial thin film has displayed a p-type semiconduction behaviour which has been confirmed by the elaboration of a transparent p - n homojunction. Rutile and anatase titanium oxide matrix were also used to host rare earths ions in order to convert ultraviolet to near infra-red photon (800 > λ > 1100 nm). TiO2 matrix to dopant transfer has been studied in function of crystal structure, doping content and the quality of microstructure of films doped Ln3+(Ln3+=Pr3+,Tm3+,Eu3+,Yb3+,Nd3+).

Les semi-conducteurs transparents de type oxyde, communément appelés TCO (Transparent Conducting Oxides) sont utilisés comme électrodes transparentes dans des nombreux d'applications telles que les cellules solaires, les écrans à cristaux liquides, les écrans tactiles et autres. Toutefois, les applications technologiques sont actuellement limitées puisque les TCO possédant des propriétés électriques et optiques satisfaisantes sont uniquement des semi-conducteurs de type n. Les oxydes de cuire de structures delafossite ACuO2 ou du type SrCu2O2, présentent des prometteuses avec un comportement de semi-conduction de type P et une faible absorption optique dans le spectre visible. Dans cette thèse, le systèm MOCVD (Dépôt chimique en phase vapeur du métal organique) a été utilisé pour le dépôt des couches minces de SrCu2O2. Cette phase est obtenue après quelques étapes de recuit sous oxygène puis argon, ou azote uniquement avec en particulier la nécessité de réalier des recuit rapaides. Les propriétés électriques et optiques mesurées pour la couche mince de SrCu2O2 ont un ordre de grandeur similaire à ce qui est publié dans la littérature.

Le photovoltaïque nécessite de nouveaux matériaux pour diminuer ces coûts et améliorer les rendements. Ces travaux de thèse ont concerné le développement de nouvelles phases d'oxyde de titane pour l'électronique transparente et la conversion de photon appliquée au PV silicium. L'ablation laser pulsé est une méthode de croissance particulièrement adaptée pour la prospection de matériaux aux propriétés innovantes. Le contrôle des phases anatase, rutile et d'une phase de composition TiO1.45 épitaxié en fonction de la pression partielle d'oxygène a permis de réaliser des films aux propriétés électriques, optiques innovantes. Un film biphasé anatase/rutile dopé niobium (TNO1.80) présente ainsi une transition métal-semi-conducteur aux alentours de 68K. Par ailleurs, le film de composition TiO1.45 épitaxié s'est révélé être un oxyde transparent conducteur de type p. La découverte de ce nouveau p-TCOs a été valorisée et validée par l'élaboration d'une homojonction p - n transparente. Les matrices d'oxyde de titane rutile et anatase ont également été utilisées pour accueillir des ions terres rares Ln3+ afin de convertir les photons ultra-violet du spectre solaire incident vers le proche infrarouge (800 > λ > 1100 nm). Le transfert d'énergie des matrices TiO2 vers les dopants Ln3+ a été étudié en fonction de la structure, de la quantité de dopant ainsi que la qualité de la microstructure des films dopés Ln3+ (Ln3+=Pr3+,Tm3+,Eu3+,Yb3+,Nd3+).

En quelques années, l'efficacité des cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) est passée de 20% à 22.6%. La rapidité de ce développement montre que le CIGS est un matériaux idéal pour les technologies solaires en couches minces. Pourtant, le coût de production cette technologie doit encore être abaissé pour une meilleure compétitivité. La fabrication d'un module avec une couche CIGS plus fine permettrait d'augmenter la production d'une usine et de réduire sa consommation en métaux. Ce travail de thèse vise à réduire l'épaisseur du CIGS d'un standard de 2.0-2.5 µm à une épaisseur inférieure à 500 nm sans altérer les performances des cellules. Cependant, comme rapporté dans la littérature, nous avons observé une diminution des rendements, ce que nous avons analysé en détail en comparant simulations et caractérisations d'échantillons. Celle-ci est causée à la fois par une faible absorption de la lumière dans la couche de CIGS et par un impact important du contact arrière (fortes recombinaisons et faible réflectivité). Pour dépasser ces limites, nous démontrons à la fois théoriquement et expérimentalement que le contact arrière en molybdène peut être remplacé par un oxyde transparent conducteur couplé à un miroir métallique. Nous obtenons de cette manière de meilleurs rendements de cellules. Pour atteindre ce résultat, une optimisation du dépôt de CIGS a été nécessaire. De plus, nous prouvons qu'une couche d'oxyde perforée, insérée entre le CIGS et le contact arrière, limite les recombinaisons des porteurs de charges et réduit l'influence des courants parallèles. Au final, nous avons fabriqué une cellule avec un rendement de 10.7% sur SnO2:F passivé par Al2O3. / In the past three years, record efficiency of Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) based solar cells has improved from 20% up to 22.6%. These results show that CIGS absorber is ideal for thin-film solar cells, even if this technology could be more competitive with a lower manufacture cost. The fabrication of devices with thinner CIGS absorbers is a way to increase the throughput of a factory and to reduce material consumption. This PhD thesis aims to develop cells with a CIGS thickness below 500 nm instead of the conventional 2.0-2.5 µm. However, as reported in the literature, we observed a decrease in cell performance. We carefully analyzed this effect by the comparison between simulations and sample characterizations: it is attributed, on one hand, to a lack of light absorption in the CIGS layer and, on the other hand, to an increased impact of the back-contact (high recombination and low reflectivity). To resolve these problems, we demonstrated theoretically and experimentally that the use of an alternative back-contact, other than molybdenum, such as a transparent conducting oxide coupled with a light reflector, improves the cell efficiency. To achieve this result, an optimization of the CIGS deposition was necessary. Moreover, we proved that a porous oxide layer inserted between the CIGS and the back-contact limits the charge-carrier recombination and removes some parasitic resistance. Finally, an efficiency of 10.7% was achieved for a 480-nm-thick CIGS solar cell with a SnO2:F back-contact passivated with a porous Al2O3 layer.

Ce travail porte sur la réalisation d'un micro-écran OLED haute luminance sur silicium. L'efficacité limitée des structures WOLED associées à des filtres colorés est un frein au développement de cette technologie pour des applications dans des dispositifs de type « see-through ». Nous proposons une approche tirant parti de l'effet de microcavité optique présent dans les écrans OLED à émission vers le haut pour générer des couleurs sans filtres. Les modulations de cavité à l'échelle du sous-pixel étant assurées par l'insertion d'oxyde transparent conducteur entre l'anode et l'OLED.L'étude offre selon un raisonnement cohérent de suivre les différentes phases de la réalisation d'un démonstrateur de ce type. Seront abordées dans la première partie les étapes technologiques de structuration de l'oxyde à l'échelle d'un sous-pixel de 16µm². Nous traiterons ensuite du développement d'un empilement OLED tandem utilisant des émetteurs fluorescent et phosphorescents. Une approche par simulation optique sera utilisée pour l'optimisation de cette architecture à un fonctionnement sur microcavité. Puis la discussion autour de la mise en commun des blocs technologiques précédents permettra d'aborder des écueils spécifiques au micro-écran OLED et de proposer des pistes de résolution. / This study focuses on the realization of a high brightness OLED micro-écran on silicon. The limited efficiency of White-OLED combined with color filters prevents the use of this technology in “see-through” applications. We propose a novel approach getting benefits from the optical micro-cavity effect in Top-Emitting OLED to generate colors without using color filters. Cavity modulations at a sub-pixel scale are realized by using a Transparent Conducting Oxide between the anode and the OLED.Following a step-by-step reasoning the work offers to follow all the phases of the realization of a prototype using this principle. In the first part, the technological steps of the processing of oxide cavities with a surface of 16µm² will be discussed. Then we will work on the development of a tandem OLED structure using both fluorescent and phosphorescent emitters optimized for micro-cavities. To this end optical simulation will be used. The two technological blocs will finally be put together to enlighten some issues specific for micro-écran technology and to give some clues to solve them.

Les semi-conducteurs transparents de type oxyde, communément appelés TCO (Transparent Conducting Oxides) sont utilisés comme électrodes transparentes dans des nombreux d'applications telles que les cellules solaires, les écrans à cristaux liquides, les écrans tactiles et autres. Toutefois, les applications technologiques sont actuellement limitées puisque les TCO possédant des propriétés électriques et optiques satisfaisantes sont uniquement des semi-conducteurs de type n. Les oxydes de cuire de structures delafossite ACuO2 ou du type SrCu2O2, présentent des prometteuses avec un comportement de semi-conduction de type P et une faible absorption optique dans le spectre visible. Dans cette thèse, le systèm MOCVD (Dépôt chimique en phase vapeur du métal organique) a été utilisé pour le dépôt des couches minces de SrCu2O2. Cette phase est obtenue après quelques étapes de recuit sous oxygène puis argon, ou azote uniquement avec en particulier la nécessité de réalier des recuit rapaides. Les propriétés électriques et optiques mesurées pour la couche mince de SrCu2O2 ont un ordre de grandeur similaire à ce qui est publié dans la littérature. / Transparent conducting oxides (TCOs) as transparent electrodes in the form of thin film are used in a large number of applications such as solar cells, liquid crystal displays, touch screen etc. However, these technological applications of TCOs are still limited because of the availability of only n-type TCOs. For diverse technological applications synthesis of efficient p-type TCOs is of utmost importance. In p-type TCO category, copper oxides of delafossite structure (ACuO2) or SrCu202 structure show promising opto-electrical properties. In this PhD research work, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) technique has been used for depositing thin films of SrCu2O2. However, pure and crystalline phase of SrCu2O2 was achieved after some annealing steps under oxygen and then under argon or only in nitrogen, with rapid heating and cooling rate. The measured electrical and optical properties are of the same order reported in various journals.

L'électronique transparente est actuellement limitée par la difficulté de construire une jonction p-n transparente, en raison du manque d'oxyde transparent conducteur (TCO) de type p réellement performant. L'oxyde cuivreux Cu2O est un TCO de type p prometteur, mais sa bande interdite relativement étroite pour un TCO (2,1 eV), limite sa transmittance dans le domaine visible. Dans le cadre de cette thèse, nous cherchons à augmenter cette valeur. Pour cela, nous explorons la méthode MOCVD comme technique de dépôt pour le dopage au strontium et au calcium de l’oxyde cuivreux. Ce dopage est supposé élargir la bande interdite du Cu2O d'après des calculs ab initio effectués à l'institut Tyndall, à Cork. Dans le chapitre I, nous présentons le contexte de cette thèse. Après avoir expliqué les conditions que doit remplir un matériau pour être un TCO de type p, nous présentons l'état de l'art concernant le Cu2O. Dans le chapitre II, nous présentons l'ensemble des techniques utilisées dans le cadre de cette thèse, de l'élaboration (MOCVD, recuits thermiques) à la caractérisation (MEB, MET, AFM, DRX, spectroscopie FTIR, spectroscopie Raman, XPS, spectroscopie UV-vis-NIR, mesures 4 pointes et mesures d'effet Hall). Au cours du chapitre III, l'influence des paramètres de la MOCVD sur la composition et la morphologie a été analysée pour l’élaboration de couches de Cu2O pures, non dopées en vue d'établir les conditions optimales de dépôt. Nous obtenons des couches continues sur substrat de Si/SiO2, alors qu'elles sont systématiquement hétérogènes avec des zones sans dépôt sur silicium. En outre, nous mettons en évidence le risque d'obtenir la phase cuivre métallique lorsque la concentration de précurseur est élevée, la pression partielle d'oxygène faible et/ou la température élevée. Partant de ces conditions optimales, nous étudions dans le chapitre IV l'influence du dopage au strontium sur les propriétés fonctionnelles des couches (résistivité, largeur de bande interdite et transmittance dans le visible). Une chute de la résistivité a été observée lors du dopage au strontium. Les couches non dopées ont des résistivités de l'ordre de 103 Ω.cm ou plus, contre 10 Ω.cm pour les couches contenant entre 6 et 15% de strontium. La conductivité est bien de type p avec une mobilité de l’ordre de 10 cm2.V-1.s-1 et une densité de porteur de quelques 1016 cm-3. L’écart très grand entre cette densité de porteur et la teneur globale en Sr est lié à la présence d’une contamination des couches par du carbonate et du fluorure de strontium mis en évidence par FTIR et XPS. L’influence réelle de ces impuretés n’a pu être déterminée. Enfin il n'a pas été constaté de variation significative des propriétés optiques, la bande interdite restant large d'environ 2,4 eV et la transmittance moyenne entre 500 et 1000 nm de l'ordre de 55%. Des tendances similaires sont observées dans le chapitre V qui aborde le dopage au calcium, avec comme particularité le fait pour un fort taux de dopage et sous assistance UV, d'aboutir à la présence d'espaces vides localisés à l'interface substrat/Cu2O qui pourrait être lié à la décomposition du carbonate de calcium. Finalement, nous procédons à des recuits thermiques des couches, dopées ou non, dans le chapitre VI. Pour les couches non dopées, cela permet de diminuer la résistivité jusqu’à des valeurs de 10-100 Ω.cm. Pour les couches dopées, cela permet aux couches ayant une résistivité initiale de 10 Ω.cm de descendre jusqu'à 1 Ω.cm. Au cours de cette thèse, nous avons établi les effets du dopage au Sr ou Ca qui conduisent à une forte chute de résistivité sans impact sur les propriétés optiques à la différence des résultats prévus par les calculs ab initio. Nous sommes ainsi parvenus à améliorer les propriétés des couches Cu2O transparentes de type p. / Transparent electronic is currently limited by the lack of a really performant p-type transparent conducting oxide (TCO), which makes the elaboration of a transparent p-n junction challenging. Cuprous oxide Cu2O is a promising p-type TCO, but its optical transmittance in the visible spectrum is limited by its relatively low band gap (2.1 eV). In this thesis, we aim at increasing this value. To achieve that, we explore MOCVD as the growth method for strontium and calcium doping of cuprous oxide. According to ab-initio calculations performed at Tyndall Institute in Cork, doping with these elements is supposed to increase the band gap of Cu2O. In chapter I, we introduce the context of this thesis. After explaining the required conditions that a material must fulfil to be a p-type TCO, we present the state of the art of Cu2O. In chapter II, we present all the techniques used in this work, from the elaboration (MOCVD, thermal annealing) to characterization (SEM, TEM, AFM, XRD, FTIR, Raman spectroscopy, XPS, UV-vis-NIR spectroscopy, 4 point probe and Hall effect measurement). In chapter III, our objective is to synthesize pure, undoped Cu2O thin films. We explore the influence of the MOCVD parameters on the films composition and morphology. We get homogenous films on Si/SiO2 substrates, while we get heterogeneous films with un-deposited parts on silicon substrate. In addition, we show the risk to get the metallic copper phase when precursor concentration is high, oxygen partial pressure is low, and/or temperature is high. This enables us to determine the optimal deposition conditions. Starting from those optimal conditions, we study the influence of strontium doping on the functional properties of the films (resistivity, band gap and visible light transmittance) in chapter IV. A decrease of resistivity was observed with strontium doping. While undoped films show resistivity values of 103 Ω.cm or more, films doped from 6 to 15% strontium show resistivity values of about 10 Ω.cm. P-type conductivity was confirmed through Hall effect measurements, with a mobility close to 10 cm2.V-1.s-1 and a charge carrier density of about 1016 cm-3. The large difference between this carrier density and the Sr concentration can be linked with the presence of a strontium carbonate and fluoride contamination that was detected by FTIR and XPS. The exact influence of those impurities is not well known. In addition, no significant variation of optical properties was observed, the band gap remained close to 2.4 eV and average transmittance in the 500-1000 nm range was about 55%. Similar tendencies were observed for calcium doping, addressed in chapter V. Calcium doping showed the particularity of leading to the presence of cavities localized at the substrate/Cu2O interface, for a high dopant concentration and under UV assistance. Eventually, we performed thermal annealing on some samples, doped and undoped, in chapter VI. For undoped samples, it allowed to decrease resistivity in the 10-100 Ω.cm range. For doped samples, it allows samples showing initial resistivity of about 10 Ω.cm to decrease it to 1 Ω.cm. No impact of thermal annealing on sample morphology or composition was observed. In this thesis, we successfully established the effects of Sr or Ca doping, which lead to a significant decrease of the resistivity without impact on the optical properties, unlike what was predicted by the ab initio calculations. We were thus able to improve the p-type transparent Cu2O thin films properties.

Les oxydes transparents conducteurs (TCO) ont la rare propriété de concilier haute transparence et conductivité élevée, ce qui en fait des matériaux-clés pour de nombreuses applications requérant des électrodes transparentes comme les cellules photovoltaïques, les diodes organiques et les écrans plats. Avec une résistivité de l'ordre de 10^(-4) ohm.cm et une transmittance de 85% dans le domaine visible, l'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) est le matériau privilégié. Toutefois, sa fragilité, son instabilité aux procédés plasma et son coût croissant du fait de sa haute teneur en indium sont autant de raisons de rechercher des matériaux alternatifs. Cette thèse a pour but de comprendre les points clefs permettant d'améliorer les performances d'une électrode transparente en oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO) sur les plans optique, électrique et au niveau des interfaces ; des cellules photovoltaïques en silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) servent de dispositif-test à cette étude. Réalisées par pulvérisation cathodique magnétron sous des conditions de dépôt variées, les couches minces d'AZO obtenues ont une structure microcristalline et, pour des paramètres déterminés, des performances optoélectroniques approchant celles de l'ITO. Un modèle adapté d'après la théorie de Drude a permis de rendre compte du lien entre transparence et conduction et de confirmer la saturation en porteurs du matériau. L'efficacité d'une électrode au sein d'un dispositif dépend également très fortement de l'interface entre celle-ci et l'absorbeur, les porteurs devant être extraits rapidement pour ne pas se recombiner. Quelques voies ont été explorées pour réduire la barrière de potentiel entre le silicium amorphe et l'électrode tout en favorisant l'efficacité optique des cellules. Il ressort que l'insertion d'une couche tampon d'oxyde de titane ou de tungstène permet d'obtenir un gain notable dans les performances des cellules.

L'électronique transparente est actuellement limitée par la difficulté de construire une jonction p-n transparente, en raison du manque d'oxyde transparent conducteur (TCO) de type p réellement performant. L'oxyde cuivreux Cu2O est un TCO de type p prometteur, mais sa bande interdite relativement étroite pour un TCO (2,1 eV), limite sa transmittance dans le domaine visible. Dans le cadre de cette thèse, nous cherchons à augmenter cette valeur. Pour cela, nous explorons la méthode MOCVD comme technique de dépôt pour le dopage au strontium et au calcium de l’oxyde cuivreux. Ce dopage est supposé élargir la bande interdite du Cu2O d'après des calculs ab initio effectués à l'institut Tyndall, à Cork. Dans le chapitre I, nous présentons le contexte de cette thèse. Après avoir expliqué les conditions que doit remplir un matériau pour être un TCO de type p, nous présentons l'état de l'art concernant le Cu2O. Dans le chapitre II, nous présentons l'ensemble des techniques utilisées dans le cadre de cette thèse, de l'élaboration (MOCVD, recuits thermiques) à la caractérisation (MEB, MET, AFM, DRX, spectroscopie FTIR, spectroscopie Raman, XPS, spectroscopie UV-vis-NIR, mesures 4 pointes et mesures d'effet Hall). Au cours du chapitre III, l'influence des paramètres de la MOCVD sur la composition et la morphologie a été analysée pour l’élaboration de couches de Cu2O pures, non dopées en vue d'établir les conditions optimales de dépôt. Nous obtenons des couches continues sur substrat de Si/SiO2, alors qu'elles sont systématiquement hétérogènes avec des zones sans dépôt sur silicium. En outre, nous mettons en évidence le risque d'obtenir la phase cuivre métallique lorsque la concentration de précurseur est élevée, la pression partielle d'oxygène faible et/ou la température élevée. Partant de ces conditions optimales, nous étudions dans le chapitre IV l'influence du dopage au strontium sur les propriétés fonctionnelles des couches (résistivité, largeur de bande interdite et transmittance dans le visible). Une chute de la résistivité a été observée lors du dopage au strontium. Les couches non dopées ont des résistivités de l'ordre de 103 Ω.cm ou plus, contre 10 Ω.cm pour les couches contenant entre 6 et 15% de strontium. La conductivité est bien de type p avec une mobilité de l’ordre de 10 cm2.V-1.s-1 et une densité de porteur de quelques 1016 cm-3. L’écart très grand entre cette densité de porteur et la teneur globale en Sr est lié à la présence d’une contamination des couches par du carbonate et du fluorure de strontium mis en évidence par FTIR et XPS. L’influence réelle de ces impuretés n’a pu être déterminée. Enfin il n'a pas été constaté de variation significative des propriétés optiques, la bande interdite restant large d'environ 2,4 eV et la transmittance moyenne entre 500 et 1000 nm de l'ordre de 55%. Des tendances similaires sont observées dans le chapitre V qui aborde le dopage au calcium, avec comme particularité le fait pour un fort taux de dopage et sous assistance UV, d'aboutir à la présence d'espaces vides localisés à l'interface substrat/Cu2O qui pourrait être lié à la décomposition du carbonate de calcium. Finalement, nous procédons à des recuits thermiques des couches, dopées ou non, dans le chapitre VI. Pour les couches non dopées, cela permet de diminuer la résistivité jusqu’à des valeurs de 10-100 Ω.cm. Pour les couches dopées, cela permet aux couches ayant une résistivité initiale de 10 Ω.cm de descendre jusqu'à 1 Ω.cm. Au cours de cette thèse, nous avons établi les effets du dopage au Sr ou Ca qui conduisent à une forte chute de résistivité sans impact sur les propriétés optiques à la différence des résultats prévus par les calculs ab initio. Nous sommes ainsi parvenus à améliorer les propriétés des couches Cu2O transparentes de type p. / Transparent electronic is currently limited by the lack of a really performant p-type transparent conducting oxide (TCO), which makes the elaboration of a transparent p-n junction challenging. Cuprous oxide Cu2O is a promising p-type TCO, but its optical transmittance in the visible spectrum is limited by its relatively low band gap (2.1 eV). In this thesis, we aim at increasing this value. To achieve that, we explore MOCVD as the growth method for strontium and calcium doping of cuprous oxide. According to ab-initio calculations performed at Tyndall Institute in Cork, doping with these elements is supposed to increase the band gap of Cu2O. In chapter I, we introduce the context of this thesis. After explaining the required conditions that a material must fulfil to be a p-type TCO, we present the state of the art of Cu2O. In chapter II, we present all the techniques used in this work, from the elaboration (MOCVD, thermal annealing) to characterization (SEM, TEM, AFM, XRD, FTIR, Raman spectroscopy, XPS, UV-vis-NIR spectroscopy, 4 point probe and Hall effect measurement). In chapter III, our objective is to synthesize pure, undoped Cu2O thin films. We explore the influence of the MOCVD parameters on the films composition and morphology. We get homogenous films on Si/SiO2 substrates, while we get heterogeneous films with un-deposited parts on silicon substrate. In addition, we show the risk to get the metallic copper phase when precursor concentration is high, oxygen partial pressure is low, and/or temperature is high. This enables us to determine the optimal deposition conditions. Starting from those optimal conditions, we study the influence of strontium doping on the functional properties of the films (resistivity, band gap and visible light transmittance) in chapter IV. A decrease of resistivity was observed with strontium doping. While undoped films show resistivity values of 103 Ω.cm or more, films doped from 6 to 15% strontium show resistivity values of about 10 Ω.cm. P-type conductivity was confirmed through Hall effect measurements, with a mobility close to 10 cm2.V-1.s-1 and a charge carrier density of about 1016 cm-3. The large difference between this carrier density and the Sr concentration can be linked with the presence of a strontium carbonate and fluoride contamination that was detected by FTIR and XPS. The exact influence of those impurities is not well known. In addition, no significant variation of optical properties was observed, the band gap remained close to 2.4 eV and average transmittance in the 500-1000 nm range was about 55%. Similar tendencies were observed for calcium doping, addressed in chapter V. Calcium doping showed the particularity of leading to the presence of cavities localized at the substrate/Cu2O interface, for a high dopant concentration and under UV assistance. Eventually, we performed thermal annealing on some samples, doped and undoped, in chapter VI. For undoped samples, it allowed to decrease resistivity in the 10-100 Ω.cm range. For doped samples, it allows samples showing initial resistivity of about 10 Ω.cm to decrease it to 1 Ω.cm. No impact of thermal annealing on sample morphology or composition was observed. In this thesis, we successfully established the effects of Sr or Ca doping, which lead to a significant decrease of the resistivity without impact on the optical properties, unlike what was predicted by the ab initio calculations. We were thus able to improve the p-type transparent Cu2O thin films properties.

Les oxydes transparents conducteurs (TCO) ont la rare propriété de concilier haute transparence et conductivité élevée, ce qui en fait des matériaux-clés pour de nombreuses applications requérant des électrodes transparentes comme les cellules photovoltaïques, les diodes organiques et les écrans plats. Avec une résistivité de l'ordre de 10^(-4) ohm.cm et une transmittance de 85% dans le domaine visible, l'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) est le matériau privilégié. Toutefois, sa fragilité, son instabilité aux procédés plasma et son coût croissant du fait de sa haute teneur en indium sont autant de raisons de rechercher des matériaux alternatifs. Cette thèse a pour but de comprendre les points clefs permettant d'améliorer les performances d'une électrode transparente en oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO) sur les plans optique, électrique et au niveau des interfaces ; des cellules photovoltaïques en silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) servent de dispositif-test à cette étude. Réalisées par pulvérisation cathodique magnétron sous des conditions de dépôt variées, les couches minces d'AZO obtenues ont une structure microcristalline et, pour des paramètres déterminés, des performances optoélectroniques approchant celles de l'ITO. Un modèle adapté d'après la théorie de Drude a permis de rendre compte du lien entre transparence et conduction et de confirmer la saturation en porteurs du matériau. L'efficacité d'une électrode au sein d'un dispositif dépend également très fortement de l'interface entre celle-ci et l'absorbeur, les porteurs devant être extraits rapidement pour ne pas se recombiner. Quelques voies ont été explorées pour réduire la barrière de potentiel entre le silicium amorphe et l'électrode tout en favorisant l'efficacité optique des cellules. Il ressort que l'insertion d'une couche tampon d'oxyde de titane ou de tungstène permet d'obtenir un gain notable dans les performances des cellules. / Because of their unique ability to reconcile high transparency with good electrical conductivity, transparent conductive oxides (TCOs) are key materials in many applications such as organic light-emitting diodes, photovoltaic solar cells or flat displays. With its resistivity of a few 10^(-4)$ ohm.cm and its 85% transmittance in the visible range, Indium Tin Oxide (ITO) dominates the TCO market. Yet, it is brittle, unstable to plasma processes and its cost is rising due to its high indium content, encouraging research on alternative materials. This thesis aims at understanding key points to improve the performance of an aluminum-doped zinc oxide (AZO) transparent electrode on the optical, electrical and interface levels; hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) photovoltaic solar cells serve as a test device in this study. We obtain microcrystalline AZO thin films by magnetron sputtering under various deposition conditions ; for certain parameters, performances are close to ITO. An adapted model after the Drude theory allowed to account for the link between transparency and conduction and to confirm that the material is saturated by charge carriers. The effectiveness of an electrode within a device also strongly depends on its interface with the absorber layer, since the charge carriers have to be rapidely extracted in order to avoid recombination. Some ways have been explored to reduce the potentiel barrier between amorphous silicon and the electrode, still favoring optical efficiency of the cells. It appears that the insertion of a buffer layer of titanium or tungsten oxide enables a sensible improvement in the cells' efficiencies.