L'oxyde de nickel est l'un des matériaux électrochromes les plus utilisés dans le domainedes fenêtres intelligentes qui contrôlent la lumière et la chaleur provenant de l'extérieur versl'intérieur des bâtiments. Il est important de mentionner que l’oxyde de nickelstoechiométrique est un isolant à température ambiante. Les propriétés microstructurales,chimiques, optiques et électrochromes des couches minces dépendent fortement du procédéde préparation et traitement final. En outre, l’un des principaux défis consiste à fabriquer lescouches minces sur des substrats souples afin de fabriquer des fenêtres électrochromes degrande taille ce qui demande un traitement à T ambiante. A cet égard peu d’étudesbibliographiques ont évalué l’effet du traitement par les rayonnements UV sur les propriétésdes couches électrochromes. Dans ce travail, des couches minces d'oxyde de nickel (NiO) ontété préparées par la méthode Sol-Gel associée aux techniques de dépôts par centrifugation(spin-coating) et par trempage-retrait (dip-coating). L’ajustement des paramètresexpérimentaux relatifs à ce procédé (la concentration du précurseur, la nature du solvant et dustabilisant, le nombre de couches déposées et le type des traitement final (calcinationà 300 °C ou traitements UV) a permis d’optimiser les conditions de préparation des couchesminces et par la suite de contrôler les caractéristiques chimiques, microstructurales et optiquesdes couches développées. Cette étude a montré qu'une concentration de 0,3 M d'acétate denickel, le méthanol comme solvant et le triton X-100 en tant que stabilisant conduisent à unecouche mince NiO avec les meilleures performances optiques. Les caractérisations par lestechniques (DRX, ATG, FT-IR, XPS et GDOES) ont particulièrement mis en évidence le rôledes conditions de traitement final sur la composition et la morphologie des couches d’oxydede nickel élaborées. La DRX a montré qu’elles sont faiblement cristallisées et que la structuredevient plus amorphe avec le traitement UV. La spectrométrie UV-visible et les CV ont révéléque les couches traitées par UV en utilisant une lampe de 30 W pendant 5 h (UV-30W-5h)possèdent le contraste optique le plus élevé et la meilleure stabilité électrochimique. L'analysemorphologique a montré que les couches minces déposées par la technique de spin coatingsouffrent de la formation de fissures et d’une hétérogénéisation de la surface. Pour résoudre ceproblème, le procédé de spin-coating a été remplacé par la technique dip-coating tout enconservant les paramètres optimisés précédemment. Cette technique a permis de produire descouches minces plus homogènes et moins fissurées. D'autre part, pour continuer à améliorerles propriétés électrochromes, ces couches ont été dopées par le lithium. Les résultats obtenusont montré l’importance de l’addition de Li sur l’amélioration des propriétés électrochromesde Li : NiO cyclé dans KOH comme électrolyte. En effet, une variation de la transmittanceΔT de 70% (à 450 nm) a été obtenue dans les couches minces 8 % Li: NiO. Le résultat quiressort des caractérisations FT-IR et ATG, porte sur le fait que les couches calcinéescontiennent moins de composés organiques, à l’inverse de celles traitées par UV riches enmatière organique. L'analyse XPS a montré que la teneur en Ni2+ est plus élevée dans lescouches dopées. L’analyse GDOES a montré une distribution homogène de Li dans toutel’épaisseur de la couche. Toutefois, les couches minces de 8% de Li: NiO traitées par UV-30W-5h souffrent d’une dégradation de leurs performances électrochromes dans le KOHaprès quelques cycles, pour cette raison, elles ont été cyclées dans d’autres électrolytesliquides ioniques, tels que le LiTFSI-EMITFSI, le NaTFSI-EMITFSI et le KTFSI-EMITFSI.Les meilleures propriétés électrochromiques ont été obtenues avec l'électrolyte KTFSIEMITFSI.Ce résultat important représente une bonne perspective pour l'avenir. / Nickel oxide is one of the most widely used electrochromic materials in the field of smartwindows that control light and heat from the outside to the inside of buildings. It is importantto mention that stoichiometric nickel oxide is an insulator at room temperature. Themicrostructural, chemical, optical and electrochromic properties of the films are highlydependent on the process of preparation and final treatment. In addition, one of the mainchallenges is the elaboration of thin films on flexible substrates suitable for electrochromicapplications which requires treatment at ambient T. In this respect, in literature, few studieshave reported the effect of UV treatment on the properties of electrochromic layers. In thiswork, thin films of nickel oxide (NiO) were prepared by the Sol-Gel method associated withspin-coating and dip-coating techniques. The adjustment of the experimental parametersrelating to this process (the concentration of the precursor, the nature of the solvent and thestabilizer, the number of deposited layers and the type of final treatment (calcination at300 °C or UV treatments) made it possible to optimize conditions for the preparation of thinlayers and subsequently to control their chemical, microstructural and optical characteristics.This study showed that a concentration of 0.3 M nickel acetate, methanol as solvent and triton100-X as a stabilizer lead to NiO thin film with the highest optical properties. The techniquesof characterizations (DRX, ATG, FT-IR, XPS and GDEOS) have particularly highlighted therole of the final treatment conditions on the composition and the morphology of the preparednickel oxide thin films. The XRD results showed that they are weakly crystallized and thestructure becomes even more amorphous for UV treated samples. UV-visible spectrometryand cyclic voltammetry revealed that UV-treated thin films using a lamp of 30 W for 5 h(UV-30W-5h) have the highest optical contrast and the highest electrochemical stability.Morphological analysis (SEM) indicated that the thin films deposited by the spin-coatingtechnique suffer from crack formation and surface heterogenization. To solve this issue, thespin-coating process has been replaced by the dip-coating technique while retaining thepreviously optimized parameters. This technique has made it possible to produce thin filmsthat are more homogeneous and less cracked. On the other hand, to continue to improve theelectrochromic properties, these thin films were doped with lithium. The results showed theimportance of the addition of Li on the improvement of the electrochromic properties ofLi : NiO cycled in KOH as electrolyte. Indeed, a variation of the ΔT transmittance of 70 %was reached for the thin films 8 % Li : NiO. The result of the FT-IR and ATGcharacterizations showed that the calcined thin films contain lesser amount of organiccompounds compared to those treated by UV which still contains large amount of organicmatter. XPS analysis has shown that the Ni2+ content is higher in the doped layers. GDOESanalysis showed a homogeneous distribution of Li along the thickness of the thin film.However, 8% Li: NiO thin films treated with UV-30W-5h suffer from a degradation of theirelectrochromic performances in KOH after a few cycles. For this reason, their cyclingproperties have been investigated in a large range of electrolytes, based on ionic liquidincluding LiTFSI-EMITFSI, NaTFSI-EMITFSI and KTFSI-EMITFSI. The highestelectrochromic properties were obtained with KTFSI-EMITFSI as an electrolyte. Thisimportant result presents a good prospect for the future.

L'objectif de ce travail est d'étudier un matériau up-converteur sous différentes formes afin de pourvoir l'appliquer au photovoltaïque (cellules de 3ième génération). L'oxyde d'yttrium possédant des propriétés particulièrement intéressantes pour l'up-conversion (gap et indice de réfraction élevés, faible énergie de phonons, dopage facile) a été choisi comme matériau up-converteur et a permis d'étudier les propriétés d'up-conversion de ce matériau sous formes de particules sphériques monodisperses et sous forme de couches minces. Les ions erbium et ytterbium, étant connus pour leurs très bonnes propriétés en up-conversion, ont été choisis comme dopants. Deux méthodes de synthèses : la synthèse par précipitation homogène et la synthèse par voie hydrothermale, ont permis d'obtenir les particules respectant les contraintes morphologiques prédéfinies. L'étude de ce matériau sous forme de particules a permis de déterminer l'influence des différents paramètres physiques et chimiques sur les propriétés d'up-conversion. Les couches minces d'oxyde d'yttrium ont été obtenues par spin-coating. L'étude de ces couches minces a permis de démontrer que les rendements de luminescence mesurés sur les couches sont beaucoup plus faibles que ceux des particules; cependant, la nanostructuration des couches minces a permis de démontrer une exaltation des propriétés de luminescence grâce à l'interaction des ions émetteurs avec les structures plasmoniques résonantes. Des études réalisées en vue de l'application de l'up-conversion au photovoltaïque (génération de courant dans une cellule bifaciale c-Si par excitation sub-band-gap, mesure en fonction de la température, up-conversion sous excitation solaire) ont démontré la faisabilité du concept et a permis de conclure que la réalisation du concept up-conversion/photovoltaïque doit encore passer par l'optimisation des matériaux up-converteur.

Deux méthodes de synthèse chimique, relevant de l'approche bottom-up, sont mises en oeuvre pour élaborer des nanocristaux (NC) de sulfure de cadmium (CdS) : les croissances (i) par source unique de précurseur et (ii) par voie micro-ondes. Ces deux techniques, complémentaires dans la gamme de tailles obtenues, permettent la réalisation de NC de petites tailles (2,8 nm - 5,2 nm) en seulement (i) 120 min et (ii) quelques minutes. Un protocole de caractérisation par techniques conjointes est mis au point pour étudier ces NC. La spectrométrie de masse (SM) couplée à des sources d'ionisation douce contrôle la pureté et la stabilité des précurseurs et permet d'estimer la taille et la distribution en taille des NC. Ces estimations sont confirmées par microscopie électronique en transmission (MET). La confrontation des résultats de SM et de MET suggère une géométrie des NC (i) sphérique et (ii) ellipsoïdale. La diffraction des rayons X montre l'état cristallin des nanoparticules en structures (i) würtzite et (ii) zinc blende. La spectrométrie optique à température ambiante (absorption et photoluminescence - PL) témoigne des effets de confinement quantique par le glissement de la réponse excitonique dans le domaine bleu proche UV en fonction de la taille des NC, s'inscrivant dans la correspondance connue énergie-taille. Dans la perspective d'applications optoélectroniques, le dépôt en couches minces de polymère (PMMA) contenant des NC de CdS est entrepris par spin coating. Le même protocole de caractérisations, enrichi de techniques adaptées aux couches minces, montre que les NC conservent leur intégrité et leurs propriétés de PL après inclusion dans la couche / Two chemical methods are developed to synthesize cadmium sulfide (CdS) nanocrystals (NC) in bottom-up approach: (i) single-source precursor methodology and (ii) microwave synthetic route. These two growth techniques are complementary in the size range obtained and allow production of small NC (2.8 nm - 5.2 nm) in only (i) 120 min and (ii) some minutes. A joint technique characterization protocol is developed to study the synthesized NC. Mass spectrometry (MS) coupled to soft ionization sources allows to control the purity and stability of the precursors and to estimate the NC size and size distribution. These estimations are confirmed by transmission electron microscopy (TEM). Comparison between SM and TEM results suggests that NC have (i) spherical and (ii) prolate shapes. X-ray diffraction reveals nanoparticle crystalline structure in (i) wurtzite and (ii) zinc blende symmetries. Room temperature optical spectrometry (absorption and photoluminescence - PL) evidences quantum confinement effects by the shift of the excitonic response as a function of the NC size, in the blue-UV spectral range. These results are consistent with the well-known empirical energy-size correspondence. For optoelectronic application purpose, thin film deposition of polymer (PMMA) containing CdS NC is initiated by spin coating. The previous characterization protocol, extended to techniques dedicated to thin film studies, shows that NC maintain their integrity and PL properties after inclusion in PMMA layer

"Catalytic growth of Carbon Nanotubes (CNT) provides important advantages of controlling their diameters and possibly chirality. Our work involved growing CNT on model and supported catalyst by catalytic decomposition of carbon source such as benzene, methane and propylene. On supported catalyst, iron nitrate was deposited on alumina and reduced to form metallic iron clusters. These were reacted at 700 - 950 C under varying benzene concentrations. Multi Walled CNT (MWNT) grew below 800 C and Single Wall CNT (SWNT) are observed at 850 C and above as confirmed by TEM and Raman. Model catalysts were studied by producing CNT from ferrocene which acted as the carbon and catalyst source on Silica/Si (100). Large yield of MWNT was observed at 900 C. MWNT grew perpendicular to the model support as seen by SEM. In another model catalyst study, iron salt clusters were deposited on silica/Si (100) by spin coating, controlling their diameters by solution concentration and speed of spinning. Agglomeration of clusters at high temperatures produces only MWNT on silica/Si (100). Cluster agglomeration can be reduced with strong support metal interaction such as with alumina. We deposited alumina on silica/Si (100) by atomic layer deposition, with conformal coatings on surface and low relative roughness. Alumina film was stable under reaction temperatures of 900 C. Cluster deposition on alumina by spin coating was difficult because of different surface acidity compared to silica. Clusters on alumina did not agglomerate at high reaction temperatures. We report effect of parameters such as the temperature of reaction, conditions of pretreatment such as reduction and oxidation of catalyst precursor, type of precursor, type of carbon source, and type of support material on growth of CNT. The role of spin coating in controlling the diameter of salt clusters deposited is discussed. We also report deposition of alumina on top of silica/Si (100) by atomic layer deposition and the effect of deposition and calcination temperatures on the alumina film integrity."

Submitted by Ariane de França Mescoloto null (rianefm@gmail.com) on 2017-02-25T15:53:15Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Ariane_2017.pdf: 4799231 bytes, checksum: 0e27c8b04f680e6a88f1e66a2df4e016 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-03-07T14:05:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mescoloto_af_me_araiq.pdf: 4799231 bytes, checksum: 0e27c8b04f680e6a88f1e66a2df4e016 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T14:05:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mescoloto_af_me_araiq.pdf: 4799231 bytes, checksum: 0e27c8b04f680e6a88f1e66a2df4e016 (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / Materiais híbridos orgânico-inorgânicos, constituídos pela combinação de componentes orgânicos e inorgânicos, são homogêneos, apresentam propriedades diferenciadas que refletem a natureza química dos componentes pelos quais foram formados, e são utilizados em diversas aplicações tecnológicas como catalisadores, sensores eletroquímicos, dispositivos ópticos e revestimentos protetores. Este trabalho foi realizado em duas etapas. Primeiramente, foi realizada a síntese e caracterização de um copolímero derivado do politiofeno, P(HTcoAAT), contendo ácido 3-tiofeno-acético (AAT) e 3-hexiltiofeno (HT), sintetizado via copolimerização oxidativa com cloreto férrico e caracterizado químico-estruturalmente por FTIR e RMN 1H e termicamente por TG/DTG. Em seguida, foram preparados filmes híbridos via sol-gel por spin-coating utilizando três óxidos inorgânicos: óxido de silício, titânio e zinco, os quais foram caracterizados opticamente por Espectroscopia no UV-vis e Fluorescência, e morfologicamente por AFM e MEV, além das caracterizações já citadas anteriormente. Os resultados químico-estruturais obtidos comprovaram a eficiência da metodologia usada para a preparação do copolímero e dos híbridos, permitindo a obtenção de matérias com propriedades ópticas interessantes. / Organic-inorganic hybrid materials, formed from organic and inorganic compounds combination, present specific properties that reflect the chemical nature of each precursor compound, and are used for several technological application such as catalists, electrochemical sensors, optical devices and barrier films. This work comprehends two steps: first of all the synthesis of a copolymer derived from polythiophene, P(HTcoTAA) containing 3-thiophene acetic acid (TAA) and 3-hexylthiophene (HT), it was performed from oxidative copolymerization with ferric chloride, and resulting materials characterized by FTIR and 1H NMR spectroscopy and TG/DTG thermal analyses. Following hybrid films from silicium, titanium and zinc oxides were prepared by sol-gel spin-coating and had its optical and morphological characteristics evaluated by UV-vis and Fluorescence spectroscopy, and AFM and SEM microscopy, besides the other characterization before cited. The obtained chemical-structural results show that the used methodology was efficient to prepare both the copolymer and the hybrids, allowing to materials presenting striking optical properties.

L'objectif de ce travail de thèse est double : d'une part mesurer les propriétés mécaniques de couches hybrides à base d'organosiloxanes et de silice colloïdale et ensuite de lier ces caractéristiques mécaniques à leur structure.<br />La partie bibliographique est divisée en deux chapitres : le premier porte sur la description de la technique de nanoindentation et son utilisation pour obtenir les propriétés mécaniques des matériaux élastoplastiques. Le second est consacré aux matériaux hybrides organiques-inorganiques, à leur élaboration sous forme de couches et enfin à leur caractérisation structurale par spectroscopie dans le domaine de l'infrarouge et Résonance Magnétique Nucléaire du 29Si.<br />L'étude expérimentale est également divisée en deux chapitres : le chapitre I est consacré à l'élaboration des sols permettant la fabrication des couches et à la caractérisation structurale à la fois des sols (par RMN du 29Si en phase liquide) et des dépôts (par spectroscopie IR et RMN du 29Si en phase solide). Chaque système étudié est composé d'un organosiloxane différent R'nSi(OR)4-n et de silice colloïdale. Le chapitre II présente les caractérisations mécaniques par nanoindentation de ces différents systèmes qui sont analysées en relation avec leurs structures. Le but est ainsi de mettre en évidence plusieurs effets : celui de la fonctionnalité de l'alcoxyde, celui de la nature du groupement R' non polymérisable, l'effet de charge et d'encombrement stérique et enfin celui de la teneur et de la taille des particules de silice.

<p>The sun provides us daily with large quantities of energy in the form of light. With the world’s increasing demand of electrical energy the prospect of converting this solar light into electricity is highly tempting. In the strive towards mass-production and low cost solar cells, new types of solar cells are being developed, e.g. solar cells completely based on organic molecules and polymers. These materials offer a promising potential of low cost and large scale manufacturing and have the additional advantage that they can be produced on flexible and light weight substrate which opens for new and innovating application areas, e.g. integration with paper or textiles, or as building materials. In polymer solar cells a combination of two materials are used, an electron donor and an electron acceptor. The three dimensional distribution of the donor and acceptor in the active layer of the device, i.e. the morphology, is known to have larger influence of the solar cell performance. For the optimal morphology there is a trade-off between sometimes conflicting criteria for the various steps of the energy conversion process. The dissociation of photogenerated excitons takes place at an interface between the donor and acceptor materials. Therefore an efficient generation of charges requires a large interface between the two components. However, for charge transport and collection at the electrodes, continuous pathways for the charges to the electrodes are required.</p><p>In this thesis, results from morphology studies by atomic force microscopy (AFM) and dynamic secondary ion mass spectrometry (SIMS) of spin-coated blend and bilayer thin films of polyfluorene co-polymers, especially poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-5,5-(4´,7´-di-2-thienyl-2´,1´,3´-benzothiadiazole)] APFO-3, and the fullerene derivative [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) are presented. It is shown that by varying the blend ratio, the spin.-coating solvent, and/or the substrate, different morphologies can be obtained, e.g. diffuse bilayer structures, spontaneously formed multilayer structures and homogeneous blends. The connection between these different morphologies and the performance of solar cells is also analysed. The results indicate that nano-scale engineering of the morphology in the active layer may be an important factor in the optimization of the performance of polymer solar cells.</p>

The sun provides us daily with large quantities of energy in the form of light. With the world’s increasing demand of electrical energy the prospect of converting this solar light into electricity is highly tempting. In the strive towards mass-production and low cost solar cells, new types of solar cells are being developed, e.g. solar cells completely based on organic molecules and polymers. These materials offer a promising potential of low cost and large scale manufacturing and have the additional advantage that they can be produced on flexible and light weight substrate which opens for new and innovating application areas, e.g. integration with paper or textiles, or as building materials. In polymer solar cells a combination of two materials are used, an electron donor and an electron acceptor. The three dimensional distribution of the donor and acceptor in the active layer of the device, i.e. the morphology, is known to have larger influence of the solar cell performance. For the optimal morphology there is a trade-off between sometimes conflicting criteria for the various steps of the energy conversion process. The dissociation of photogenerated excitons takes place at an interface between the donor and acceptor materials. Therefore an efficient generation of charges requires a large interface between the two components. However, for charge transport and collection at the electrodes, continuous pathways for the charges to the electrodes are required. In this thesis, results from morphology studies by atomic force microscopy (AFM) and dynamic secondary ion mass spectrometry (SIMS) of spin-coated blend and bilayer thin films of polyfluorene co-polymers, especially poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-5,5-(4´,7´-di-2-thienyl-2´,1´,3´-benzothiadiazole)] APFO-3, and the fullerene derivative [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) are presented. It is shown that by varying the blend ratio, the spin.-coating solvent, and/or the substrate, different morphologies can be obtained, e.g. diffuse bilayer structures, spontaneously formed multilayer structures and homogeneous blends. The connection between these different morphologies and the performance of solar cells is also analysed. The results indicate that nano-scale engineering of the morphology in the active layer may be an important factor in the optimization of the performance of polymer solar cells.

Optical properties of copper oxide nanoparticles in a silica matrix thin film have been investigated. Films were prepared on Si substrates from a sol-gel by spin coating. Four samples with different thicknesses, from 14,5-109 nm, were fabricated. Optical properties were measured with Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry. The aim of the project was to gain further understanding of these films that are interesting in applications for solar absorbers as solar selective coatings. Ellipsometricangles Ψ and Δ were measured in the wavelength range from 250-1700 nm. A dispersion model was developed and fitted to experimental data with acceptable results.

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...