Les travaux présentés sont centrés sur le développement de nouveaux métallo-polymères originaux à faible gap électronique,afin d’obtenir des candidats potentiels pour des dispositifs de type cellules solaires. La première partie de ce travail vise àinstaller un à deux complexes à transfert de charge (CTC) au sein de la structure du ligand, par l’utilisation dudiketopyrrolopyrrole comme accepteur (DPP) et du thiophène comme donneur dans le but de diminuer la valeur du gap. Ladeuxième partie vise à améliorer la mobilité des charges. Le développement de stratégies pour favoriser l’auto-organisationdes chaînes dans le matériau, avec l’installation d’un groupe organisant sur le ligand va permettre de générer un réseaud’interactions faibles de type π ou liaisons hydrogènes. Les métallo-polymères synthétisés sont obtenus par réaction dedéhydrohalogénation entre un ligand diacétylénique et un complexe de platine (II). Les propriétés électroniques, optiques etphysiques de ces composés originaux confirment le potentiel de ces structures pour une application potentielle en cellulesolaire organique. / This work is focused on the development of original low band gap metallo-polymers to generate potential candidates for solar cell devices. In order to decrease the band gap value of the metallo-polymers, the first part of this work explores the insertion of one or two charge transfer complexes (CTC) in the ligand structure, using diketopyrrolopyrrole (DPP) as acceptor and thiophene as donor in order to decrease the band gap. The second part of this work is interested in the improvement of charge carrier mobility. The development of strategies to promote chains self-organization in the material with the introduction of an organizing group on the ligand are studied in order to generate a π-type weak interactions network or hydrogen bonds. The targeted metallo-polymers are obtained using a dehydrohalogenation reaction between a dialkyne ligand and a platinium (II) complex. Electronic, optic and physic properties characterization of these original compounds confirm the interest for using them in organic solar cell devices.

La limite théorique d’efficacité d’une cellule solaire simple jonction est de ~29 %. Afin de dépasser cette limite, une des moyens les plus prometteurs est de combiner le silicium avec des matériaux III-V. Alors que la plupart des solutions proposées dans la littérature proposent de faire croître directement le matériau III-V sur substrat silicium, ce travail présente une approche innovante de fabriquer ces cellules solaires tandem. Nous proposons une approche inverse métamorphique, où le silicium cristallin ou SiGe est cru directement sur le matériau III-V par PECVD. La faible température de dépôt (< 200 °C) diminue les problèmes de différence de dilatation thermique, et le fait de croître le matériau IV sur le matériau III-V élimine les problèmes de polarité.La réalisation de la cellule tandem finale en SiGe/AlGaAs passe par le développement et l’optimisation de plusieurs briques technologiques. Tout d’abord, nous développons l’épitaxie à 175 °C de Si(Ge) sur des substrats de Si (100) dans un réacteur de RF-PECVD industriel. La réalisation de cellules solaires à hétérojonction à partir de ce matériau Si(Ge) crû par PECVD montre que ses performances électriques s’avèrent prometteuses. Nous obtenons pour un absorbeur de 1.5 µm des Voc qui atteignent 0.57 V. L’incorporation de Ge permet d’augmenter le JSC de 15.4 % jusqu’à 16.6 A/cm2 pour Si0.72Ge0.28.En parallèle, la croissance de cellules solaires AlGaAs a été développée, ainsi que sa fabrication technologique. Nous obtenons une efficacité de 17.6 % pour une cellule simple en Al0.22Ga0.78As. Nous développons aussi des jonctions tunnel, parties essentielles d’une cellule tandem dans une configuration à deux terminaux. Nous développons notamment le dopage n du GaAs en utilisant le précurseur DIPTe, et obtenons des jonctions tunnel ayant des courants pic atteignant jusqu’à 3000 A/cm2, rejoignant ainsi les résultats de l’état de l’art.Ensuite, nous étudions l’hétéro-épitaxie de Si sur GaAs par PECVD. Le c-Si montre d’excellentes propriétés structurales. Les premiers stades de croissance sont étudiés par diffraction des rayons X avec rayonnement synchrotron. Nous trouvons un comportement inattendu : le Si est relâché dès les premiers nanomètres, mais sa maille est tétragonale. Alors que le GaAs a un paramètre de maille plus grand que le Si, le paramètre hors du plan (a⏊) du Si est plus élevé que son paramètre dans le plan (a//). Nous trouvons une forte corrélation entre cette tétragonalité et la présence d’hydrogène dans la couche de silicium. D’autre part, nous montrons que le plasma d’hydrogène présent lors du dépôt PECVD affecte les propriétés du GaAs : son dopage diminue d’environ un ordre de grandeur lorsque le GaAs est exposé au plasma H2, dû à la formation de complexes entre le H et le dopant (C, Te ou Si). Le dopage initial peut être retrouvé après un recuit à 350 °C.Enfin, nous étudions la dernière étape de fabrication de la cellule tandem : le collage. Nous avons pu reporter une cellule simple inversée en AlGaAs sur un substrat hôte (en Si), retirer le substrat GaAs et effectuer les étapes de microfabrication sur un substrat 2 pouces. Des couches épaisses de Si (>1 µm) ont été crues avec succès sur une cellule AlGaAs inversée suivie d’une jonction tunnel. Le collage de cette cellule tandem, et la processus de fabrication technologique du dispositif final sont ensuite étudiés, afin de pouvoir caractériser électriquement la première cellule solaire tandem fabriquée par croissance inverse métamorphique de Si sur III-V. / Combining Silicon with III-V materials represents a promising pathway to overcome the ≈29% efficiency limit of a single c-Si solar cell. While the standard approach is to grow III-V materials on Si, this work deals with an innovative way of fabricating tandem solar cells. We use an inverted metamorphic approach in which crystalline silicon or SiGe is directly grown on III-V materials by PECVD. The low temperature of this process (<200 °C) reduces the usual thermal expansion problems, and growing the group IV material on the III-V prevents polarity issues.The realization of the final tandem solar cell made of SiGe/AlGaAs requires the development and optimization of various building blocks. First, we develop the epitaxy at 175°C of Si(Ge) on (100) Si substrates in an industrial standard RF-PECVD reactor. We prove the promising electrical performances of such grown Si(Ge) by realizing PIN heterojunction solar cells with 1.5µm epitaxial absorber leading to a Voc up to 0.57 V. We show that the incorporation of Ge in the layer increases the Jsc from 15.4 up to 16.6 A/cm2 (SiGe28%).Meanwhile, we develop the growth of AlGaAs solar cells by MOVPE and its process flow. We reach an efficiency of 17.6 % for a single Al0.22GaAs solar cell. We then develop the tunnel junction (TJ), essential part of a tandem solar cell with 2-terminal integration. We develop the growth of n-doped GaAs with DIPTe precursor to fabricate TJs with peak tunneling currents up to 3000 A/cm2, reaching state-of-the art TJs.Then, the hetero-epitaxy of Si on GaAs by PECVD is studied. c-Si exhibits excellent structural properties, and the first stages of the growth are investigated by X-ray diffraction with synchrotron beam. We find an unexpected behavior: the grown Si is fully relaxed, but tetragonal. While the GaAs lattice parameter is higher than silicon one, we find a higher out-of-plane Si parameter (a⏊) than in-plane (a//), contradicting the common rules of hetero-epitaxy. We find a strong correlation between this tetragonal behavior and the presence of hydrogen in the Si layer. We furthermore show that hydrogen also plays a strong role in GaAs: the doping level of GaAs is decreased by one order of magnitude when exposed to a H2 plasma, due to the formation of complexes between H and the dopants (C, Te, Si). This behavior can be recovered after annealing at 350°C.Finally, the last step of device fabrication is studied: the bonding. We successfully bonded an inverted AlGaAs cell, removed it from its substrate, and processed a full 2” wafer. We succeeded in growing our first tandem solar cells by growing thick layers (>1 µm) of Si on an inverted AlGaAs solar cells followed by a TJ. The bonding and process of this final device is then performed, leading, as a next step, to the electrical measurement of the very first tandem solar cell grown by inverted metamorphic growth of Si on III-V.

Au cours de cette thèse, j’ai étudié la possibilité et les avantages d’utiliser des contacts nanométriques au-dessous de 1 µm. Des simulations analytiques et numériques ont montré que ces contacts nanométriques sont avantageux pour les cellules en silicium cristallin comme ils peuvent entrainer une résistance ohmique négligeable. Mon travail expérimental était focalisé sur le développement de ces contacts en utilisant des nanoparticules de polystyrène comme un masque. En utilisant la technique de floating transfert pour déposer les nanosphères, une monocouche dense de nanoparticules s’est formée. Cela nécessite une gravure par plasma de O2 afin de réduire la zone de couverture des NPs. Cette gravure était faite et étudiée en utilisant la technique de plasmas matriciels distribués à résonance cyclotronique électronique (MD-ECR). Une variété de techniques de créations de trous nanométriques était développée et testée dans des structures de couches minces et silicium cristallin. Des trous nanométriques étaient formés dans la couche de passivation, de SiO2 thermique, du silicium cristallin pour former des contacts nanométriques dopés. Un dopage local de bore était fait, à travers ces trous nanométriques par diffusion thermique et implantation ionique. En faisant la diffusion, le dopage local était observé par CP-AFM en mesurant des courbes de courant-tension à l’intérieur et à l’extérieur des zones dopées et en détectant des cellules solaires nanométriques. Par contre le processus de dopage local par implantation ionique a besoin d’être améliorer afin d’obtenir un résultat similaire à celui de diffusion. / The use of point contacts has made the Passivated Emitter and Rear Cell design one of the most efficient monocrystalline-silicon photovoltaic cell designs in production. The main feature of such solar cell is that the rear surface is partially contacted by periodic openings in a dielectric film that provides surface passivation. However, a trade-off between ohmic losses and surface recombination is found. Due to the technology used to locally open the contacts in the passivation layer, the distance between neighboring contacts is on the order of hundreds of microns, introducing a significant series resistance.In this work, I explore the possibility and potential advantages of using nanoscale contact openings with a pitch between 300 nm to 10 µm. Analytic and numerical simulations done during the course of this thesis have shown that such nanoscale contacts would result in negligible ohmic losses while still keeping the surface recombination velocity Seff,rear at an acceptable level, as long as the recombination velocity at the contact (Scont) is in the range from 103-105 cm/s. To achieve such contacts in a potentially cost-reducing way, my experimental work has focused on the use of polystyrene nanospheres as a sacrificial mask.The thesis is therefore divided into three sections. The first section develops and explores processes to enable the formation of such contacts using various nanosphere dispersion, thin-film deposition, and layer etching processes. The second section describes a test device using a thin-film amorphous silicon NIP diode to explore the electrical properties of the point contacts. Finally, the third section considers the application of such point contacts on crystalline silicon by exploring localized doping through the nanoholes formed.In the first section, I have explored using polystyrene nanoparticles (NPs) as a patterning mask. The first two tested NPs deposition techniques (spray-coating, spin-coating) give poorly controlled distributions of nanospheres on the surface, but with very low values of coverage. The third tested NPs deposition technique (floating transfer technique) provided a closely-packed monolayer of NPs on the surface; this process was more repeatable but necessitated an additional O2 plasma step to reduce the coverage area of the sphere. This was performed using matrix distributed electron cyclotron resonance (MD-ECR) in order to etch the NPs by performing a detailed study.The NPs have been used in two ways; by using them as a direct deposition mask or by depositing a secondary etching mask layer on top of them.In the second section of this thesis, I have tested the nanoholes as electrical point-contacts in thin-film a-Si:H devices. For low-diffusion length technologies such as thin-film silicon, the distance between contacts must be in the order of few hundred nanometers. Using spin coated 100 nm NPs of polystyrene as a sacrificial deposition mask, I could form randomly spaced contacts with an average spacing of a few hundred nanometers. A set of NIP a-Si:H solar cells, using RF-PECVD, have been deposited on the back reflector substrates formed with metallic layers covered with dielectrics having nanoholes. Their electrical characteristics were compared to the same cells done with and without a complete dielectric layer. These structures allowed me to verify that good electrical contact through the nanoholes was possible, but no enhanced performance was observed.In the third section of this thesis, I investigate the use of such nanoholes in crystalline silicon technology by the formation of passivated contacts through the nanoholes. Boron doping by both thermal diffusion and ion implantation techniques were investigated. A thermally grown oxide layer with holes was used as the doping barrier. These samples were characterized, after removing the oxide layer, by secondary electron microscopy (SEM) and conductive probe atomic force microscopy (CP-AFM).

Le but de ce travail consiste à concevoir et développer des outils de commande et de contrôle pour des systèmes à structures variables comprenant plusieurs sources d’énergie (photovoltaïque, éolienne…). L’approche proposée vise à développer les modèles appropriés pour la commande et la gestion de chaque partie du système. Les différents modèles tiendront comptes du caractère aléatoire de la production d’énergie issue des différentes sources en présence tout en veillant à assurer une gestion globale optimale. L’intérêt principal d’un tel système est la cohabitation des ressources et du stockage dans le but de sécuriser l’approvisionnement au consommateur. La thèse traite trois phases principales : Une phase de modélisation et de mise en place des commandes, suivies d’une phase de simulation puis une phase de validations et de tests. Ainsi le modèle de chaque sous-système de production a été élaboré en tenant compte des différentes caractéristiques (physique et géométrique) de la source considérée, pour la partie commande et contrôle des approches classiques en automatique ont été appliqué afin d’assurer la maximisation de la production, la stabilité de l’ensemble et le bon fonctionnement du système. Une fois les commandes validées, nous avons procédés à des simulations Hardware In the Loop, en implémentant les stratégies de maximisation d'énergie sur la banc d'essai en temps réel, et ce à l'aide d'une carte DSPACE1104, puis nous avons assemblés les différentes sources d'énergies en les couplant via le programme de gestion d'énergie proposé et mis au point. / The objective of this work is to design and develop tools for monitoring and control systems with variable structures with multiple energy sources (wind, solar, ...). The proposed approach aims to develop appropriate models for the control and management of each part of the system. The different models take into account of the random nature of the production of energy outcome from different available sources, while ensuring optimum overall management of system. The main advantage of this system is the coexistence of resources and storage system in order to secure the supply to the consumer. The thesis deals with three main phases: a phase of modeling and implementation of controls, followed by a simulation phase and a phase of validation and testing. So the model of each subsystem production was developed with consideration of its different characteristics (physical and geometrical), for the control section conventional approaches were applied automatically to ensure the maximization of the production, the stability of the assembly and the functioning of the system. for the part concerning the management and control, conventional approaches in automatic have been applied to ensure the maximization of production, the stability of the overall system and its proper functioning. Once control strategies validated, we have processed in simulations Hardware In the Loop, by implementing strategies to maximize energy on the benchmark in real time, using a DSPACE1104 card, then we assembled the different sources of energy by coupling them through the program of energy management proposed and developed.

Cette thèse comporte deux volets indépendants mais tous deux motivés par la modélisation mathématique et la simulation numérique de procédés photovoltaïques. La Partie I traite de systèmes d’équations aux dérivées partielles de diffusion croisée, modélisant l’évolution de concentrations ou de fractions volumiques de plusieurs espèces chimiques ou biologiques. Nous présentons dans le chapitre 1 une introduction succincte aux résultats mathématiques connus sur ces systèmes lorsqu’ils sont définis sur des domaines fixes. Nous présentons dans le chapitre 2 un système unidimensionnel que nous avons introduit pour modéliser l’évolution des fractions volumiques des différentes espèces chimiques intervenant dans le procédé de déposition physique en phase vapeur (PVD) utilisé pour la fabrication de cellules solaires à couches minces. Dans ce procédé, un échantillon est introduit dans un four à très haute température où sont injectées les différentes espèces chimiques sous forme gazeuse, si bien que des atomes se déposent petit à petit sur l’échantillon, formant une couche mince qui grandit au fur et à mesure du procédé. Dans ce modèle sont pris en compte à la fois l’évolution de la surface du film solide au cours du procédé et l’évolution des fractions volumiques locales au sein de ce film, ce qui aboutit à un système de diffusion croisée défini sur un domaine dépendant du temps. En utilisant une méthode récente basée sur l’entropie, nous montrons l’existence de solutions faibles à ce système et nous étudions leur comportement asymptotique dans le cas où les flux extérieurs imposés à la surface du film sont supposés constants. De plus, nous prouvons l’existence d’une solution à un problème d’optimisation sur les flux extérieurs. Nous présentons dans le chapitre 3comment ce modèle a été adapté et calibré sur des données expérimentales. La Partie II est consacrée à des questions reliées au calcul de la structure électronique de matériaux cristallins. Nous rappelons dans le chapitre 4 certains résultats classiques relatifs à la décomposition spectrale d’opérateurs de Schrödinger périodiques. Dans le chapitre 5, nous tentons de répondre à la question suivante : est-il possible de déterminer un potentiel périodique tel que les premières bandes d’énergie de l’opérateur de Schrödinger associé soient aussi proches que possible de certaines fonctions cibles ?Nous montrons théoriquement que la réponse à cette question est positive lorsque l’on considère la première bande de l’opérateur et des potentiels unidimensionnels appartenant à un espace de mesures périodiques bornées inférieurement en un certain sens. Nous proposons également une méthode adaptative pour accélérer la procédure numérique de résolution du problème d’optimisation. Enfin, le chapitre 6 traite d’un algorithme glouton pour la compression de fonctions de Wannier en exploitant leurs symétries. Cette compression permet, entre autres, d’obtenir des expressions analytiques pour certains coefficients de tight-binding intervenant dans la modélisation de matériaux 2D / This thesis includes two independent parts, both motivated by mathematical modeling and numerical simulation of photovoltaic devices. Part I deals with cross-diffusion systems of partial differential equations, modeling the evolution of concentrations or volume fractions of several chemical or biological species. We present in Chapter 1 a succinct introduction to the existing mathematical results about these systems when they are defined on fixed domains. We present in Chapter 2 a one-dimensional system that we introduced to model the evolution of the volume fractions of the different chemical species involved in the physical vapor deposition process (PVD) used in the production of thin film solar cells. In this process, a sample is introduced into a very high temperature oven where the different chemical species are injected in gaseous form, so that atoms are gradually deposited on the sample, forming a growing thin film. In this model, both the evolution of the film surface during the process and the evolution of the local volume fractions within this film are taken into account, resulting in a cross-diffusion system defined on a time dependent domain. Using a recent method based on entropy estimates, we show the existence of weak solutions to this system and study their asymptotic behavior when the external fluxes are assumed to be constant. Moreover, we prove the existence of a solution to an optimization problem set on the external fluxes. We present in Chapter3 how was this model adapted and calibrated on experimental data. Part II is devoted to some issues related to the calculation of the electronic structure of crystalline materials. We recall in Chapter 4 some classical results about the spectral decomposition of periodic Schrödinger operators. In text of Chapter 5, we try to answer the following question: is it possible to determine a periodic potential such that the first energy bands of the associated periodic Schrödinger operator are as close as possible to certain target functions? We theoretically show that the answer to this question is positive when we consider the first energy band of the operator and one-dimensional potentials belonging to a space of periodic measures that are lower bounded in certain ness. We also propose an adaptive method to accelerate the numerical optimization procedure. Finally, Chapter 6 deals with a greedy algorithm for the compression of Wannier functions into Gaussian-polynomial functions exploiting their symmetries. This compression allows, among other things, to obtain closed expressions for certain tight-binding coefficients involved in the modeling of 2D materials

L’objectif de la thèse consiste à développer une série des molécules d’architecture en haltère à base de phtalocyanine et à caractère donneur, pour l’élaboration de cellules solaires organiques. Plus particulièrement, les molécules sont des triades entièrement conjuguées, constituées de deux phtalocyanines de zinc séparés par un chromophore rigide de nature variable (un dérivé de benzothiadiazole, d’isoindigo ou de dikétopyrrolopyrrole). Dans ce travail, nous avons cherché à optimiser les modes de synthèse en utilisant différentes réactions de couplages catalysées. Nous avons également cherché à faire varier la nature du cœur et le nombre de chaînes ramifiées périphériques, afin d’étudier leur impact sur les niveaux d’énergie et les propriétés optiques, structurales, de transport de charge et enfin photovoltaïques. / This work reports a series of dumbbell-shaped molecules based on phthalocyanine with an electro-donating character, to be used in organic solar cells. More particularly, the molecules are fully-conjugated triads, made of two zinc phthalocyanine fragments separated by a rigid central dye of different nature (derivative of benzothiadiazole, isoindigo or diketopyrrolopyrrole). The synthesis of the materials was optimized by varying the type of the cross-coupling reactions. The properties of the molecules (absorption, energy levels, structure, charge transport and photovoltaic) were investigated as function of the nature of the central dye and the peripheral ramified chains on the phthalocyanine fragments.

L’exploitation de l’énergie solaire soulève des défis liés à la nature variable de la res- source concernée : le rayonnement solaire. Son comportement intermittent est un problème pour la gestion des centrales photovoltaïques et du réseau électrique. L'une des solutions largement envisagées est la prévision de la production photovoltaïque à différents horizons.L'objectif de cette thèse est d'explorer de nouvelles voies pour améliorer les prévisions existantes du rayonnement solaire, pour des horizons allant de quelques minutes à quelques heures, en exploitant les synergies possibles entre les mesures pyranométriques, les images hémisphériques du ciel prises depuis le sol et les images acquises par les satellites météorologiques géostationnaires. Ces deux types d’images ont des couvertures spatiales, des résolutions spatio-temporelles et des points de vue très différents.L’approche proposée dans cette thèse exploite cette différence de points de vue afin d’affiner la géolocalisation des nuages en 3D par stéréoscopie, dont l’évolution des ombres peut alors être estimée et prévue. Un simulateur géométrique de la méthode a été développé et permet d’en identifier certains avantages et limitations. La géolocalisation des nuages appliquée à des données réelles a permis d’élaborer des schémas d’estimations et de prévisions prometteurs du rayonnement solaire incident. Enfin, pour compléter l’analyse usuelle de ces performances de prévision, deux nouvelles métriques ont été proposées dans l’optique de quantifier deux notions essentielles : le respect du suivi des rampes et l’alignement temporel de la prévision par rapport à la mesure. / The exploitation of solar energy raises challenges related to the variable nature of the resources involved: the incident solar irradiance. Its intermittent behavior is an is- sue for photovoltaic power plants and grid management. One of the solutions that have been widely considered is the forecast of photovoltaic production at different time horizon.The aim of this thesis is to explore new ways for improving the existing solar irradiance forecasts, for horizons ranging from the present moment to few hours, by exploiting possible synergies between pyranometric measurements, hemispherical images of the sky taken from the ground and images acquired by geostationary meteorological satellites. These two types of images have completely different spatial coverage, spatio-temporal resolutions and are taken from two different locations.The proposed approach in this thesis exploits this difference in points of view in order to geolocate the clouds in 3D by stereoscopy, which shadows’ location and motion can then be estimated and forecasted. A geometric simulator of the method has been developed to identify some of the advantages and limitations of this approach. The geolocation of clouds applied to real data made it possible to develop promising estimates and forecasts of incident solar irradiance. Finally, to complete the usual analysis of forecasting performances, two new metrics have been proposed in order to quantify two essential notions: the ability to monitor the ramps and the temporal alignment of the forecast with the measurements.

Le domaine des matériaux hybrides organiques-inorganiques prend beaucoup plus d'importance de jour en jour. Ce projet de thèse traite les avantages de ce genre de matériaux et synthétise des matériaux utilisés dans deux domaines, le premier celui de l'énergie et le second dans l'environnement.Des matériaux π-conjugués à base de poly(3-hexylthiophène) (P3HT) et de silice sont synthétisés et caractérisés. Il a été montré que l'auto-assemblage lors du procédé sol-gel favorise la polymérisation régiorégulière des motifs thiophènes au sein du matériau.D'un autre coté, des matériaux hybrides organisés (mésoporeux et lamellaires) fonctionnalisés par des groupements amines ou acides ont été préparés et caractérisés. Par des modifications chimiques simples, il a été possible de rendre ces matériaux utilisables comme résines échangeuses d’ions pour la dépollution de l'eau. Les résultats montrent que les matériaux lamellaires sodiques s'avèrent les plus efficaces. Ces mêmes matériaux sont testés au niveau de la catalyse chimique et de l'époxydation qui a ouvert plusieurs perspectives sur le sujet. / The field of organic-inorganic hybrid materials takes much more importance day by day. This thesis project addresses the benefits of such materials and summarizes the materials used in two areas, energy and environment.Π-conjugated materials based on poly (3-hexylthiophene) (P3HT) and silica were synthesized and characterized. We showed that the organization obtained thanks to self-assembly of the alkylenes chains and during the sol-gel process promote a regioregular polymerization of thiophenes units.On the other hand, organized (mesoporous and lamellar) hybrid materials functionalized with amines or carboxylic acids groups were synthesized and characterized. By chemichal modifications zwitterionic materials were and used for ions extractions from water. The results show that the layered materials containig sodium ions are the most effective for the cations extraction. These same materials were tested as catalysts for epoxidation which opened several perspectives on the subject.

Ce travail a pour objectif la maitrise de la croissance et l'analyse des propriétés des nanostructures d'oxyde de zinc (ZnO). Trois procédés de fabrication de nanostructures de ZnO ont été étudiés : dépôt chimique en phase vapeur de composés organométalliques (MOCVD), dépôt par ablation laser (PLD) et dépôt par transport physique en phase vapeur (PVT). Les substrats utilisés pour cette étude sont : saphir, silicium, ZnO massif, acier austénitique, mylar et papier. Les nanostructures ont été caractérisées par différentes techniques, notamment la microscopie électronique à balayage, la photoluminescence, la cathodoluminescence, la diffraction de rayon X et des mesures de réflectivité. Une grande variété de formes de structures a été obtenue par les trois procédés de croissance : nanofiles, nanocolonnes, nanocônes, nanopeignes. Mais par PLD on obtient des réseaux de nanocolonnes et nanocônes autoformées, alignées, verticales, homogènes dont les qualités structurales sont excellentes y compris sur des substrats avec lesquels ZnO n'a pas un bon accord paramétrique. Ces nanostructures sont obtenues sans utiliser de catalyseur. Leurs propriétés d'émission sont aussi excellentes avec des bandes de défauts, observables en PL, relativement faibles. La faisabilité de composants à base de nano ZnO a été démontrée grâce à la réalisation d'une nanoLED de type n-nanoZnO/ p-Si, mais aussi par la reprise de croissance de GaN sur des nanocônes de ZnO/Si qui agissent comme une couche antireflet (~95% d'absorption de la lumière visible). L'étude a aussi porté sur la fabrication d'un composant transistor couche mince dont les caractéristiques de transfert rectifiante ont été obtenues.

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.