This diploma thesis discusses the gas sensor preparation via anodic oxidation. It names sensor types, deals with the sensing principle of electrochemical sensors in detail and submits sensor parameters. It describes preparation technology and characterization technology methods. In the experimental part, it focuses on both the measurement methodology and the electrochemical oxygen sensor covered with titanium dioxide nanocolumns fabrication. Not the least it discusses acquired research results.

Ce travail de thèse a été consacré à l’étude de la stabilité dans différents milieux des matériaux constitutifs de la couche active des cellules solaires organiques. Les deux objectifs principaux étaient premièrement d’approfondir la compréhension sur certains mécanismes complexes intervenant dans la couche active, et deuxièmement d’étudier les processus de dégradation intervenant spécifiquement aux interfaces de la couche active au sein de la cellule. La première partie de ce mémoire est consacrée à l’étude de la dégradation photochimique et thermique de la couche active des cellules solaires en faisant varier le matériau polymère qui la constitue. La deuxième partie est dédiée au rôle d’un troisième composant de la couche active que peut être la présence d’additifs résiduels provenant de la mise en forme, ou d’un additif stabilisant ajouté à dessein. La troisième partie est consacrée au processus de délamination susceptible d’intervenir à l’interface couche active / couche transporteuse de trous. Enfin, une dernière partie concerne l’étude de l’alignement des niveaux énergétiques entre la molécule de C60 et divers substrats transporteurs d’électrons. L’influence de la lumière et de la température sur les propriétés d’interface couche active / couche transporteuse d’électrons est également reportée. / This word was devoted to the stability in various conditions of materials used in the active layer of organic solar cells. The main goals of this work were first to provide deeper understanding about complex mechanisms occurring in the active layer and second to investigate interfacial degradation pathways involving the active layer. A first part was dedicated to the photo and thermal stability of the polymer blend materials which constitute the active layer of the solar cells. A second section focused on the role of the third component of the active layer which can be undesired residual additives coming from the processing or the desired insertion of a stabilizer additive. A third part concerned the delamination issue which takes place at the active layer / hole transporting layer interface. Finally, a last section was devoted to the energy level alignment between the C60 molecules and various electron transporting substrates. The photo and thermal stability of the active layer / electron transporting layer interface was also studied in this section.

This diploma thesis discusses the gas sensor preparation via anodic oxidation. It names sensor types, deals with the sensing principle of electrochemical sensors in detail and submits sensor parameters. It describes preparation technology and characterization technology methods. In the experimental part, it focuses on both the measurement methodology and the electrochemical oxygen sensor covered with titanium dioxide nanocolumns fabrication. Not the least it discusses acquired research results.

No description available.

La faible durée de vie des cellules solaires organiques constitue un frein à leur développement commercial. Dans ce contexte, ce travail de thèse a été consacré à l’amélioration de la résistance mécanique des cellules d’une part, et d’autre part à l’étude de leur stabilité chimique sous l’impact de la lumière. Concernant le premier axe de recherche, nous avons proposé la synthèse de nouveaux copolymères à blocs (P3HT-b-P(R)SS) susceptibles d’améliorer l’adhésion entre la couche active (P3HT:PCBM) et la couche qui transporte les trous (PEDOT:PSS) dans des dispositifs inverses. Puis, concernant le second axe de recherche, à savoir l’amélioration de la résistance à la lumière de la couche active des cellules, nous avons élucidé les mécanismes de dégradation des polymères et identifié celles de leurs propriétés physico-chimiques impactant leur stabilité. En combinant techniques analytiques et modélisation, il a tout d’abord été possible d’identifier les points faibles d’un polymère modèle, le Si-PCPDTBT. Puis, dans l’objectif d’établir une relation structure-stabilité, l’effet de la variation systématique du squelette conjugué et de la chaîne latérale du polymère a été étudié. Finalement, une analyse multi-échelle a été mise en oeuvre, allant de la stabilité de la couche active jusqu’à celle de la cellule solaire correspondante. Il a alors été montré qu’en choisissant judicieusement les matériaux de la couche active, les couches interfaciales, l’architecture et l’encapsulation des cellules, il était tout à fait possible d’atteindre des durées de vie supérieures à trois ans sans perte significative de performance électrique des dispositifs. / The commercial application of Organic Solar Cells is limited by their short operational lifetimes. In this context, this work has been devoted to the improvement of both the mechanical resistance of these devices and their chemical stability when exposed to light. Concerning the former, the synthesis of P3HT-b-P(R)SS block copolymers as adhesive materials has been proposed to improve adhesion between the active layer (P3HT:PCBM) and the hole transport layer (PEDOT:PSS) in inverted devices. In order to improve the photochemical resistance of the active layer, the second main objective of this project was to identify both polymer degradation pathways and the properties determining polymer stability. Firstly, analytical techniques and modelling have been employed to identify the weak structural points in model low bandgap polymer, Si-PCPDTBT. Then, a series of polymers with systematically modified backbones and/or alkyl side chains has been studied with the aim of establishing a relationship between chemical structure and stability. Finally, multiscale analysis was undertaken on the degradation of solar cells, going from the stability of separate active layers to that of complete devices. It was shown that judicious selection of device layers, architectures, and encapsulation materials, can lead to operational lifetimes over three years with no efficiency losses.

Late Quaternary has seen numerous major permafrost expansions and retreats associated with alternating glacial and interglacial periods as well as stadials and interstadials, the research of which is necessary to understand the past environmental evolution, but also provides useful analogues for its present-day and future behaviour. How- ever, observations of permafrost and active-layer phenomena are still limited, and sometimes misleading, even in many present-day permafrost regions, and naturally less comprehensive evidence is available from areas where permafrost existed in the past. The thesis provides comprehensive information on the distribution and morphology of mostly relict patterned ground and rock glaciers in the High Sudetes Mts. and in the Western and High Tatra Mts., respectively, which are the most widespread permafrost features that occur in these Central European mountain ranges situated north of the Alps. It shows that the landforms are closely related to increased severity of climates and/or sparser vegetation at higher elevations and as such they attest to the environmental conditions, which prevailed there towards the end of the Last Glacial Period to the early Holocene, but also to their current states. Similar elevation trends in the pattern morphology are also documented for...

Pendant la majeure partie du Pléistocène, les régions de la Terre recouvertes de pergélisol ont été des accumulateurs nets de carbone (C) d’origine végétal et transféré au sol. L’accumulation de ce C organique dans les sols de la région de pergélisol circumpolaire nord a conduit à des stocks qui contiennent actuellement une masse C supérieure à celle qui existe dans l'atmosphère par un facteur de plus de deux. Dans le même temps, les rivières du pergélisol arctique rejettent environ 11% du flux d’eau fluvial global dans les océans, et ce dans un océan (l’Arctique) correspondant à 1% du volume d’eau total des océans et une très grande surface ce qui le rend relativement sensible aux afflux de matières dérivées des surfaces terrestres. Ce flux fluvial provient de précipitations sous forme de pluie ou de neige qui, lors du contact initial avec la surface, ont le potentiel immédiat d'interagir avec le C de l'une des deux manières suivantes: d’une part, l'eau qui coule sur des roches carbonatées ou silicatées provoquera une réaction dont le réactif nécessite l'absorption de CO2 atmosphérique, qui est ensuite transporté dans l'eau des rivières. Ce C inorganique issu de l’interaction de l’eau, de l’atmosphère et de la lithosphère représente donc un vecteur de stockage ou de «puits» du C. D’autre part, l’eau qui interagit avec la matière organique présente dans les arbres, la litière ou le sol peut dissoudre le C qu’elle contient et le transférer par les eaux de surface et souterraines dans les rivières. Ce carbone peut ensuite être métabolisée vers l’atmosphère ou exportée dans la mer. Des améliorations récentes dans la compréhension de la dynamique du C terrestre indiquent que ce transfert hydrologique de matière organique représente le devenir dominant du carbone organique, après prise en compte de la respiration des plantes et du sol. Dans le contexte du réchauffement climatique d’origine anthropique amplifié de l'Arctique, l'exposition thermique imposée au stock de pergélisol de C, associé à d'une augmentation des précipitations futures, laisse présager des changements importants dans le cycle du carbone organique et inorganique induit par les flux latéraux. Cependant, la totalité des processus impliqués rend difficile la prévision de ce changement. Partant de ce constat, cette thèse s’appuie sur les avancées antérieures en matière de modélisation du système terrestre pour inclure la production et le transport latéral de carbone organique dissous (COD), de CO2 dérivé de la respiration et d’alcalinité dérivée au sein d’un modèle global de surface terrestre développé précédemment pour résoudre spécifiquement les processus des régions boréales. Al’aide de données de pointe sur le sol, l'eau, la végétation et la climatologie pour forcer les conditions aux limites nous sommes en mesure de reproduire les processus et les flux de transport latéraux existants ainsi que faire des projections futures. Dans cette thèse, nous montrons que les exportations d'alcalinité panarctique et l'absorption du CO2 qui l'accompagne augmentent avec le réchauffement, que les flux de COD diminuent en grande partie à cause des circuits d'écoulement d'eau plus profonds dans le sol et des changements qui en résultent dans les interactions carbone-eau. Enfin, nous observons que la libération de COD dans l’Articque n’est pas linéairement liée à la temperaturre. Par conséquent, la future libération de COD dans l'Arctique peut augmenter ou diminuer avec la température en fonction des modifications de l'état thermique et des trajectoires hydrologiques dans les sols profonds. L'effet net de ces flux sur les océans est de réduire l'acidification future de l'eau de mer d'origine terrestre. Les améliorations futures apportées au modèle pour inclure des représentations du carbone particulaire, de génération de méthane, de COD pyrogénique, de subsidence de glace / surface du sol sont nécessaires pour accroître la rigueur des résultats générés par ce modèle. / For much of the Pleistocene, regions of the Earth underlain by permafrost have been net accumulators of terrestrially-fixed plant carbon (C), known as organic C, to the extent that in the present day the soils of the northern circumpolar permafrost region alone contain a C mass outweighing that which exists in the modern atmosphere by a factor of over two. At the same time, the rivers of the Arctic permafrost region discharge about 11% of the global volumetric river water flux into oceans, doing so into an ocean (the Arctic) with 1% of global ocean water volume and a very high surface area: volume ratio, making it comparatively sensitive to influxes of terrestrially derived matter. This river flux is sourced from precipitation as either rain or snow, which, upon initial contact with the landscape has the immediate potential to interact with C in one of two ways: Water running over carbonate or silicate –bearing rocks will cause a reaction whose reactant requires the uptake of atmospheric CO2, which is subsequently transported in river water. This ‘inorganic’ C derived from interaction of water, atmosphere and lithosphere thus represents a C storage or ‘sink’ vector. In addition, water interacting with organic matter in tree canopies, litter or soil can dissolve C contained therein, and transfer it via surface and subsurface water flows into rivers, whereupon it may either be metabolised to the atmosphere or exported to the sea. Recent improvements in understanding of terrestrial C dynamics indicate that this hydrologic transfer of organic matter represents the dominant fate of organic carbon, after plant and soil respiration are accounted for. In the context of amplified Arctic anthropogenic warming, the thermal exposure imposed on the permafrost C stock with expectations of enhanced future precipitation point toward substantial shifts in the lateral flux-mediated organic and inorganic C cycle. However, the complex totality of the processes involved make prediction of this shift difficult. Addressing this gap in instrumental power and theoretical understanding, this collection of studies builds upon previous advances in earth system modelling to include the production and lateral transport of dissolved organic C (DOC), respiration-derived CO2, and rock-weathering derived alkalinity in a global land surface model previously developed to specifically resolve permafrost-region processes. By subjecting the resulting model to state of the art soil, water, vegetation and climatology datasets, we are able to reproduce existing lateral transport processes and fluxes, and project them into the future. In what follows, we show that while Pan-Arctic alkalinity exports and attendant CO2 uptake increase over the 20th and 21st Centuries under warming, DOC fluxes decline largely as a result of deeper soil water flow-paths and the resulting changes in carbon-water interactions. Rather than displaying a clear continuous (linear or non-linear) temperature sensitivity, future Arctic DOC release can increase or decrease with temperature depending on changes in the thermal state and hydrologic flow paths in the deep soil. The net marine effect of these fluxes is to decrease future terrestrially derived seawater acidification. Future model improvements to include representations of particulate C, methane generation, pyrogenic DOC, peat generation, soil ice/land surface subsidence are required to increase the rigor of the results generated by these models.

[ES] Este proyecto de investigación se centra en el campo de las energías renovables y más concretamente de la energía solar fotovoltaica. La tesis se ha focalizado en el desarrollo de películas delgadas de Cobre-Indio-GalioSelenio o Sulfuro (CuIn1-xGax(Se,S)2) con técnicas de bajo coste. La mayoría de las celdas basadas en CIGS utilizan el CdS como capa de búfer. En nuestro experimento, usaremos otra capa de tampón como SnS2 o ZnO1-xSx como alternativa a CdS para mejorar nuestra célula. El estudio se centrará en el contacto tampón/absorbedor para reducir la recombinación. En este trabajo, reportamos la investigación experimental del desarrollo y desarrollo de la caracterización de la calcopirita de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) por la técnica de electrodeposición y pulverización. Además, nos hemos centrado en el contacto entre la capa generadora que es el absorbedor y el circuito externo. Las propiedades eléctricas de este contacto dependen principalmente del proceso de deposición de la capa absorbente en el contacto trasero utilizado. Por lo tanto, será necesario controlar el crecimiento de la capa interfacial de MoSe2 entre el absorbedor y el contacto posterior en el caso del molibdeno para obtener un rendimiento óptimo. Por supuesto, la eficiencia de la célula depende de un gran número de parámetros experimentales y varía según los métodos de fabricación, especialmente la capa absorbente CIGS. En nuestro caso, las técnicas utilizadas son la galvanoplastia y la pirólisis por pulverización para la deposición de películas CIGS. Estas técnicas son más baratas, prácticamente alcanzables en cualquier laboratorio y dan un buen rendimiento. Por lo tanto, mediante técnicas de deposición de bajo coste hemos estudiado el comportamiento de la célula solar con una capa de MoSe2 como capa interfacial y el efecto de la banda prohibida de la capa formada y la capa tampón utilizada sobre los parámetros de las células solares CIGS. Los resultados de este estudio podrían ayudar a mejorar el rendimiento de las células solares CIGS utilizando técnicas de bajo coste. / [CA] Aquest projecte de recerca es centra en el camp de les energies renovables i més concretament en l'energia solar fotovoltaica. La tesi s'ha centrat en el desenvolupament de pel·lícules primes de Coure-Indi-Gali-Seleni o Sulfur (CuIn1-xGax(Se,S)2) amb tècniques de baix cost. La majoria de les cel·les basades en CIGS utilitzen el CdS com a capa de búfer. En el nostre experiment, farem servir una altra capa de tampó com ara SnS2 o ZnO1-xSx com a alternativa al CdS per millorar la nostra cel·la. L'estudi es centrarà en el contacte tampó/absorbidor per reduir la recombinació. En aquest treball, reportem la recerca experimental del desenvolupament i la caracterització de la calcopirita de coure, indi, gali i seleni (CIGS) mitjançant la tècnica d'electrodeposició i pulverització. A més, ens hem centrat en el contacte entre la capa generadora que és l'absorbidor i el circuit extern. Les propietats elèctriques d'aquest contacte depenen principalment del procés de deposició de la capa absorbent en el contacte posterior utilitzat. Per tant, serà necessari controlar el creixement de la capa interfacial de MoSe2 entre l'absorbidor i el contacte posterior en el cas del molibdè per obtenir un rendiment òptim. És clar que l'eficiència de la cel·la depèn d'un gran nombre de paràmetres experimentals i varia segons els mètodes de fabricació, especialment la capa absorbent CIGS. En el nostre cas, les tècniques utilitzades són la galvanoplàstia i la piròlisi per pulverització per a la deposició de pel·lícules CIGS. Aquestes tècniques són més econòmiques, pràcticament assolibles en qualsevol laboratori i proporcionen un bon rendiment. Per tant, mitjançant tècniques de deposició de baix cost hem estudiat el comportament de la cel·la solar amb una capa de MoSe2 com a capa interfacial i l'efecte de la banda prohibida de la capa formada i la capa tampó utilitzada sobre els paràmetres de les cel·les solars CIGS. Els resultats d'aquest estudi podrien ajudar a millorar el rendiment de les cel·les solars CIGS utilitzant tècniques de baix cost. / [EN] Our research project aims at the field of renewable energies and more specifically, photovoltaic solar energy, i.e. solar cells, our study focuses on the elaboration of Copper-Indium-Gallium-Selenium or Sulfide (CuIn1-xGax(Se,S)2 thin films for solar cells with low-cost techniques also to develop the performance of the typical solar cell structure: n-ZnO/i-ZnO/n-tampon/p-CIGS/p+-MoSe2/back contact. Most of the CIGS based cells use CdS as a buffer layer. In our experiment, we will make use of another buffer layer such as SnS2 or ZnO1-xSx as an alternative to CdS to improve our cell. The investigation will be carried out on the buffer/absorber contact to reduce recombination. In addition, we will focus on the contact between the generating layer which is the absorber and the external circuit. The electrical properties of this contact depend essentially on the deposition process of the absorber layer on the back contact used. It will thus be necessary to control the growth of the MoSe2 interfacial layer between the absorber and the back contact in the case of Molybdenum in order to obtain an optimal yield. Obviously, the yield of the cell depends on a large number of experimental parameters and varies according to the fabrication methods, especially of the CIGS absorber layer. In our case the techniques used are electrodeposition and spray pyrolysis for the deposition of CIGS films, there techniques are cheaper, practically feasible in the laboratory and give good performance. Therefore, we will investigate, using low-cost deposition techniques, the performance of the cell with a MoSe2 layer as an interfacial layer and the effect of the bandgap of the formed layer and the buffer layer used on the parameters of the CIGS solar cells. The results of this study could help to improve the performance of the CIGS solar cell using low-cost techniques. / Armel Ignace, N. (2024). Elaboration et caractérisation de couches minces de cuivre, indium, gallium et sélénium (CIGS) pour cellules solaires [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203613

As aplicações dos dispositivos conversores de energia luminosa, principalmente da luz solar, em energia elétrica são muito variadas e com freqüência surge a possibilidade de uma nova aplicação. Muito tem sido discutido sobre aplicações de células solares em vestimentas, mochilas, tetos de estacionamentos e em embalagens eletrônicas. Esses tipos de aplicações não exigem dispositivos de alto desempenho, porém exigem que seja de baixo custo de processamento e, principalmente, que sejam flexíveis. Dispositivos fotovoltaicos flexíveis devem então ser fabricados por técnicas simples de processamento para permitir sua eventual produção em massa. Esse trabalho pretende dar uma contribuição na escolha dos materiais a serem usados em dispositivos fotovoltaicos flexíveis, focando seu desenvolvimento em células solares orgânicas de heterojunção de volume (BHJ), que são comumente processadas por solução. A estrutura escolhida foi a convencional de multicamadas onde o anodo transparente é o ITO (óxido de índio-estanho), seguida de uma camada transportadora de buracos (PEDOT:PSS), da camada ativa, e do cátodo, que em nosso caso foi formado por cálcio e alumínio, ambos depositados a vácuo. Como camada ativa, principal elemento de estudo nesse trabalho, foram estudados o P3HT:PC61BM, e o PTB7-Th:PC71BM, como elementos doador de elétrons (polímero) e aceitador de elétrons (derivado de fulereno). Em especial com o dispositivo fabricado com o PTB7-Th:PC71BM foi possível elaborar mudanças de processamento e assim melhorar consideravelmente a sua eficiência de conversão de potência. Em seguida, através de medidas de corrente-tensão (J-V) no escuro e sob iluminação, pudemos analisar a evolução dos parâmetros das células, como as resistências série (Rs) e paralelo (Rp), e também aqueles que definem a qualidade da célula solar: a corrente de curto-circuito (Jsc), a tensão de circuito aberto (Voc), o fator de preenchimento (FF), e a eficiência (η). Através dos ajustes das curvas J-V, no escuro e sob iluminação, usando expressões de J(V) extraídas de circuitos equivalentes, respectivamente, dos diodos e das células solares, pudemos realizar uma análise mais efetiva de como as resistências série e paralelo mudam com os elementos da camada ativa e também com diferentes processamentos. O fator de preenchimento (FF) é outro parâmetro importante que determina a eficiência de conversão de energia de uma célula solar orgânica, e existem vários fatores que podem influenciar significativamente o seu valor. Essa é uma das razões do porquê é difícil identificar a real origem desse parâmetro. Essa tese também deu elementos que correlacionam a estrutura química e morfológica da camada ativa com o fator de preenchimento. / The applications of light energy converters, especially the sunlight, in electrical energy are very varied and there is often the possibility of the appearance of new applications. Much has been discussed about solar cell applications in clothing, backpacks, parking ceilings and in electronic packaging. These types of applications do not require high-performance devices, but they do require low-cost processing and, above all, that they are flexible. Flexible photovoltaic devices must then be manufactured by simple processing techniques to allow their eventual mass production. This work intends to contribute to the choice of materials to be used in flexible photovoltaic devices, focusing their development on organic bulk heterojunction solar cells (BHJ), which are commonly processed via solution. The structure chosen for the device was the multilayer one, where the transparent anode is the ITO (indium- tin oxide), followed by a hole transport layer (PEDOT:PSS), the active layer, and the cathode, which in our case was formed by calcium and aluminum, both deposited under vacuum. As active layer, the main element of study in this work, we studied the P3HT: PC61BM and the PTB7-Th: PC71BM, as electron donor (polymer) and electron acceptor elements (derived from fullerene). In particular with the device made with the PTB7-Th:PC71BM it was possible to changes processing parameters and thus enhancing its power conversion efficiency. Then, through current-voltage measurements (J-V), in the dark and under illumination, we were able to analyze the evolution of the cell parameters, such as the series (Rs) and shunt (Rp) resistances, as well as those that define the solar cell quality: short-circuit current (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and efficiency (η). Through the adjustments of the J-V curves, in the dark and under illumination, using J(V) expressions, for equivalent circuits of the diodes and solar cells respectively, we were able to perform a more effective analysis of how the series and shunt resistances change with the elements of the active layer and also with its processing. Fill factor (FF) is another important parameter that determines the energy conversion efficiency of an organic solar cell, and there are several factors that can significantly influence its value. This is one of the reasons why it is difficult to identify the true source of this parameter. This thesis also gave elements that correlate the chemical and morphological structure of the active layer with the fill factor.

Ce travail a été consacré à la caractérisation, l’optimisation et l’étude du comportement photochimique de couches actives de cellules photovoltaïques organiques. L’objectif était d’identifier les mécanismes de photovieillissement dans le but de proposer des stratégies pour améliorer la stabilité de cellules solaires organiques à base de Poly(3-hexylthiophène) (P3HT) et de [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyl (PCBM). Le premier axe de travail a été consacré à l’étude de l’influence des paramètres structuraux du P3HT (masse molaire, régiorégularité, pureté …) sur sa stabilité photochimique dans un premier temps, puis sur l’optimisation des performances des cellules dans un second temps. Pour ce faire, quatre P3HT commerciaux différents ont été étudiés. Ils ont tout d’abord été caractérisés avec précision grâce à différentes techniques analytiques. La relation entre microstructure du P3HT et sa photostabilité a ensuite été étudiée, et les paramètres pertinents influençant la photodégradation identifiés. Le deuxième axe de travail a été consacré à la stabilité photochimique de mélanges P3HT:PCBM sur substrat inerte, puis sur des couches tampons. Dans une dernière partie, la dégradation de couches actives au sein de dispositifs complets a été effectuée en faisant « l’autopsie » de cellules vieillies. / This work was devoted to optimization, characterization and photochemical behavior of active layers of organic solar cells. The objective was to identify photo-ageing mechanisms in order to propose strategies to improve the stability of Poly (3-hexylthiophene) (P3HT)/[6,6]-phenyl-C61-butanoic acid methyl ester (PCBM) organic solar cells. The first axe of this work was devoted to the study of the influence of structural parameters of P3HT (molecular weight, regioregularity, purity …) firstly on its photochemical stability and secondly on the optimization of the performances of devices. In this goal, four different commercial P3HT were studied. They were first characterized accurately with different analytical techniques. The relationship between P3HT microstructure and photostability has been studied and relevant parameters influencing photodegradation have been identified. The second axe of this work was devoted to the photochemical stability of P3HT:PCBM blends on inert substrate, and then on buffer layers. Finally, the degradation of active layers in complete devices has been performed by making the “autopsy” of degraded solar cells.