L’industrialisation des cellules photovoltaïques organiques implique le développement de plusieurs aspects. Une augmentation des rendements de conversion, une amélioration de la stabilité et la mise au point de procédés de dépôt en ligne. Ce dernier point va passer par le développement de dépôt par voie liquide des différentes couches composant les dispositifs. Dans ma thèse je vais m’intéresser à un type de couche, les couches de transport de charges. Ces couches sont disposées entre la couche photo-active et les électrodes afin d’améliorer l’extraction des charges générées au sein de la première vers ces dernières. Je vais focaliser mon étude sur les couches de transport de trous. Afin de remplacer le matériau couramment utilisé (PEDOT:PSS), on utilise souvent les oxydes de métaux de transition.Ces matériaux habituellement évaporés, sont déposables en voie liquide à partir de suspensions de nanoparticules, ou de précurseurs (ex: sol-gel). J’ai développé 3 approches au cours de ma thèse. Dans la première, un dépôt par voie sol-gel d’oxyde de tungstène ou de vanadium a permis d’obtenir des rendements similaires à ce qui est obtenu avec les mêmes matériaux évaporés. Dans la deuxième approche un dépôt d’oxyde de cobalt (II, III),m’a permis d’améliorer l’extraction des charges. Néanmoins le matériau présente des difficultés de mise en forme ne permettant pas d’atteindre des rendements à l’état de l’art.Finalement une approche plus originale a été développée, une diffusion induite thermiquement d’un dopant, déposé par voie liquide à l’interface organique/métal m’a permis d’obtenir des rendements similaires à ce qui est obtenu avec des structures classiques. / In order to allow the industrialisation of organic photovoltaic cells, power conversion efficiency must be increased, stability must be improved, and in-line deposition processing (solution processing of each layer) must be developed. This work presents the development of solution-processed interlayers, layers inserted between the photoactive organic layer and electrodes in order to enhance charge extraction. This study is focused on the hole transport layer and, in particular, the replacement of the commonly used material PEDOT:PSS. A frequent approach to achieve this is the use of transition metal oxide layers such as MoO3 orV2O5. These oxides are usually deposited by evaporation but can be solution-processed from precursor solutions (e.g. sol-gel) or nanoparticle suspensions. This work considers three approaches. In the first, the use of sol-gel deposited tungsten or vanadium oxide led to an enhancement of hole extraction, allowing efficiencies in the range of what is expected for state of the art materials to be reached. The second approach involved the use of solution processed cobalt oxide. Although the use of this material enhanced charge extraction, due to a deposition issue, efficiency did not reach expected value. Finally, thermally induced diffusion of a solution-processed dopant was utilised, which is a novel approach. The dopant deposited at the organic/metal interface enhances hole extraction and leads to power conversion efficiencies similar to reference cells incorporating an evaporated metal oxide interlayer.

Les durées de vie des cellules solaires photovoltaïques organiques (OPV) doivent être améliorées afin que cette technologie puisse être commercialisée sur une grande échelle. Ce travail étudie l’influence de la sélection des matériaux pour l’interface supérieure sur la dégradation des OPV inversées. La première partie de cette étude s’occupe des effets de la dégradation thermale. Il a été constaté que la tension de circuit-ouvert (VOC) et le facteur de forme (FF) diminuent lors du vieillissement des OPVs ayant une HTL de MoO3 et une électrode d’argent. Des expériences de caractérisation physique ont mis en évidence que les électrodes d’argent démouillent lors du vieillissement thermique ce qui peut conduire à la mort rapide des cellules avec des électrodes minces. Des analyses de rupture ont également faites. Il a été constaté que l’adhésion d’interface supérieure augmente fortement dans les échantillons avec électrode en argent due à la diffusion de matière, et il est possible qu’il y ait une relation entre cette diffusion et la perte de VOC et FF. Dans la deuxième partie, les effets de la lumière sur la dégradation et l’influence de la présence d’oxygène ou d’humidité ont été étudiés. Quelques effets des matériaux ont été notés, en particulier sur la durée de vie. L’oxygène a eu l’effet d’accélérer notablement la dégradation, et aucune différence n’a été notée selon les matériaux utilisés. En revanche, l’humidité a eu un effet prononcé sur les échantillons avec certains HTLs. Ce travail souligne l’importance de penser à la durée de vie quand on désigne les dispositifs OPV, en particulier pour sélectionner des matériaux appropriés afin d’optimiser la durée de vie. / Organic photovoltaic (OPV) solar cells show great promise but suffer from short operating lifetimes. This study examines the role that the selection of materials for the hole extraction interface in inverted OPV devices plays in determining the lifetime of a device. In the first part of the study, the effects of thermal degradation were examined. It was found that devices containing MoO3 HTLs and silver top electrodes exhibit an open-circuit voltage (VOC)/fill factor (FF)-driven mechanism. Physical characterisation experiments showed that, with heating, the silver electrode undergoes de-wetting. With thin electrodes this can result in the catastrophic failure of the device. A fracture analysis study found that silver-containing devices experience an increase in adhesion of their top layers to the active layer due to interdiffusion between the layers. This interdiffusion may be related to the loss of VOC and FF in Ag/MoO3 devices through diffused species forming charge traps in the active layer. In the second part of the study, the effects of photodegradation in different atmospheres were studied. Some material-dependent effects were observed when the devices were aged in an inert atmosphere, including variations in projected lifetime. The effect of oxygen was to greatly accelerate degradation, and remove any of the material-dependence observed in the inert experiment, while humidity led to a substantial increase in the degradation rate of devices containing PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate). This study underlines the importance of considering device lifetime in device design, and choosing materials to minimise degradation.

Dans une cellule solaire, il existe un compromis entre l’efficacité d’absorption des photons et le rendement quantique de collection des charges électriques. Dans les semi-conducteurs organiques, la longueur de diffusion des porteurs est limitée à une centaine de nanomètres, si bien qu’il est nécessaire de travailler avec des couches photo-actives ultraminces (< 100 nm). Pour limiter l’épaisseur physique des matériaux utilisés tout en maintenant une absorption élevée, il est possible d’utiliser les propriétés des cristaux photoniques (CP), pour allonger la durée d’interaction des photons avec le milieu absorbant. Cela consiste à former un CP dans la couche active ou à son voisinage et d’exciter des modes résonants de la structure. Ce travail de thèse est divisé en plusieurs parties. Dans un premier temps, à l’aide d’outils numériques, nous nous intéressons aux phénomènes qui régissent le gain d’absorption lors du couplage d’une onde plane avec un mode résonant d’une membrane à CP. Ensuite, nous étudions une cellule à CP, où l’électrode d’ITO est nano-structurée, et nous optimisons le gain d’absorption d’une couche photo-active ultramince (50 nm). Enfin, dans un travail expérimental, nous fabriquons des cristaux colloïdaux bidimensionnels à base de microsphères diélectriques par différentes méthodes d’auto assemblage. / In a solar cell, there is a trade-off between light absorption capacity and internal quantum efficiency. In organic semi conductors, charge carrier diffusion is limited to a few hundred nanometers, which implies to work with very thin active layers (< 100 nm). In order to limit the thickness of the material while keeping high light absorption, it is possible to use the properties of photonic crystals (PC) to enhance light matter interaction duration. It consists in forming a PC in or around the active layer, and to excite a resonant mode of the formed photonic structure. The work of this thesis is divided into several parts. In a first approach, using numerical tools, we investigate the phenomena that give rise to absorption enhancement when a plane wave is coupled to a resonant mode of a PC membrane. We then study a nano-structured cell architecture, in which the ITO electrode is periodically patterned, and we optimize absorption enhancement in the thin active layer (50 nm). Finally, in an experimental work, we fabricate two dimensional colloidal crystals formed by dielectric microsphere self assembly.

Ce travail s’est intéressé à l’influence de contaminations par le cuivre (Cu) et le titane (Ti) sur les performances des cellules solaires photovoltaiques (PV) au silicium (Si) cristallin. Le Cu et le Ti sont des impuretés souvent présentes dans les plaquettes à l’issue de l’étape de croissance des lingots, et peuvent être considérées comme des impuretés modèles respectivement pour les difuseurs rapides et les diffuseurs lents. Des lingots monocristallins Czochralski (Cz) et multicristallins (mc), certains volontairement contaminés et d’autres sans contaminations volontaires ont été cristallisés. Leurs propriétés électriques et compositionnelles ont été caractérisées, et des cellules ont été fabriquées. Les influences du Cu et du Ti sur le rendement de conversion PV (η), sa stabilité sous éclairement, et la tension de claquage (Vbd) de la jonction, ont pu être évaluées. La contamination par le Ti, même à une concentration de 6 ppm pds ajoutée à la charge de Si, affecte significativement le η. Cela est lié au fort pouvoir recombinant des atomes de Ti (malgré un traitement d’hydrogénation) et au faible coefficient de diffusion du Ti, qui ne permet pas son extraction du volume par l’effet getter externe développé par la diffusion P. La contamination par le Ti cependant n’a pas d’influence significative sur la Vbd et est compatible avec des η stables sous éclairement. D’un autre côté, nous avons montré que la contamination par le Cu, pourtant importante (concentration de 90 ppm pds ajoutée au Si charge), n’affecte pas le η des cellules mc. Cela s’explique par le faible pouvoir recombinant des atomes de Cu, par ailleurs efficacement extraits du volume au cours de la diffusion P, en raison du coefficient de diffusion élevé du Cu. Par contre la contamination par le Cu influencerait de façon négative le claquage des jonctions. Un point important est que le η des cellules contaminées Cu diminue sous éclairement. Nous avons montré que cette dégradation est activée par l’étape de recuit rapide des métallisations. Cela confirme de façon indirecte que ces effets de dégradation sont liés à des mécanismes de précipitation du Cu sous éclairement. / This thesis focuses on the influence of copper (Cu) and titanium (Ti) contaminations on the photovoltaic (PV) performances of p-type crystalline silicon (Si) solar cells. These impurities are common in Si and can be considered as model elements since they behave differently and their properties are similar to those of other transition metals. For these studies, deliberately contaminated and uncontaminated single-crystalline Czochralski (Cz) and multicrystalline (mc) ingots were grown. The compositional and electrical properties of these ingots were extensively characterized. Then wafers from these ingots were transformed into solar cells in order to assess the impact of Cu and Ti on the PV conversion efficiency (η), its evolution under illumination, and the p-n junction breakdown voltage (Vbd). We showed that Ti strongly affects the η, for both Cz and mc Si solar cells (even if only 6 ppm wt of Ti were added into the feedstock). This is due to the high recombination strength of interstitial Ti atoms (even after an hydrogenation step), which are not efficiently extracted by the external gettering effect developped by the phosphorus (P) diffusion, due to their low diffusivity. However, the Ti contamination did not significantly influence the Vbd and was compatible with stable η under illumination. On the other hand, we unexpectedly showed that a strong contamination of the Si feedstock by Cu (90 ppm wt of Cu added to the feedstock) do not affect the η of the mc cells. This is essentially due to the lower recombination strength of Cu atoms, which are in addition efficiently extracted by external gettering effects due to their high diffusivity. Nevertheless, we showed that Cu could slighty enhance the junction breakdown. Above all, the mc Cu contaminated cells were affected by light-induced degradation (LID) effects. We showed that these Cu-related LID were activated by the metallization firing step (rapid annealing), which indirectely confirmed that these LID effects would be due to the precipitation of Cu atoms under illumination.

Malgré le bénéfice apparent des modules bifaces, cette technologie souffre toujours d'un manque de visibilité sur les gains en performance qu'elle apporte. Dans cette thèse, nous étudions le cas de modules bifaces verticaux intégrés sur une façade et nous évaluons plusieurs architectures de modules spécifiques aux contraintes électriques et optiques des applications bifaces. Nous avons mis en place une méthodologie d'évaluation des performances électriques annuelles de modules bifaces basée sur trois outils : un dispositif de caractérisation en double éclairement au simulateur solaire, un banc de test modulable en environnement extérieur et son modèle optique avec un logiciel de tracé de rayons. Les résultats expérimentaux obtenus à court terme dans différentes configurations du banc ont permis de valider notre modèle optique. Ainsi, les performances annuelles de l'application façade verticale à échelle réduite ont pu être maximisées suivant les paramètres importants de l'application et du module. En particulier, les avantages d'une architecture à cellules découpées, à interconnexion en parallèle et à verres texturés ont été évalués séparément vis-à-vis des pertes résistives qui surviennent en double éclairement et du rayonnement souvent non-uniforme et diffus incident sur la face arrière du module. Ce travail à échelle réduite a permis de dresser des perspectives pour un module de taille réelle et d'initier des études à l'échelle du système biface. / Despite the apparent benefits of bifacial modules, their application still suffers from a lack of visibility on the performance gain that they can actually provide. In this thesis we consider the specific application of vertically oriented bifacial modules, notably for facade integration. We also consider several innovative module architectures to work around some of the electrical and optical constraints of bifacial modules. We have developed a methodology to evaluate the annual electrical performance of bifacial modules based on three tools. Firstly, a double illumination characterization setup is used in a solar simulator for comparing module architectures. Then, a reduced scale outdoor test bench allows us to evaluate bifacial module performance in a variety of configurations. Finally, a ray-tracing model validated with short-term outdoor data leads to the annual electrical performance. This methodology allowed us to find optimal performance according to the most important parameters of application and module. Specifically, a module architecture using half-cut cells, a parallel cell interconnection and textured glasses have been analysed with respect to their influence on the resistive losses which occur in double illumination as well as to their influence on the effect of non-uniform and diffuse irradiance on the backside of the module. This work enabled us to propose real size module architectures and to launch studies at the bifacial system level.

Dans le cadre de la transition énergique, le déploiement de sources d’énergies ne produisant pas de gaz à effet de serre devient primordial. Bénéficiant de la surabondante énergie fournie par le Soleil, le photovoltaïque est un des éléments-clés du bouquet énergétique du futur. Le marché du photovoltaïque est actuellement dominé par les technologies à base de silicium et les meilleurs rendements de conversion dépassent les 26% avec la technologie de cellules à hétérojonction de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) sur silicium monocristallin (c-Si).Le silicium amorphe hydrogéné, déposé par PECVD, permet d’obtenir une excellente passivation de la surface du substrat de silicium cristallin, et ainsi d’obtenir des tensions de circuit ouvert au-delà de 730 mV. Cependant l’a-Si:H montre une absorption parasite des photons ultraviolets, et sa faible conductivité limite la longueur de diffusion des porteurs de charge générés en son sein, limitant la performance électrique et aussi leur contribution au courant de la cellule.Pour augmenter le rendement de cette technologie, nous proposons de fabriquer et de caractériser une nouvelle structure de cellules photovoltaïques à base d'hétérojonction de phosphure de gallium (GaP) sur c-Si, déposé par dépôt en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). Matériau III-V, cristallin, et à énergie de bande interdite élevée (2.26 eV contre 1.6-1.9 eV pour l’a-Si:H et 1.12 eV pour le c-Si), le GaP permettrait une croissance par épitaxie sur le c-Si, une meilleure transparence face à l’a-Si:H, ainsi qu’une passivation par effet de champ repoussant les trous, porteurs de charge positive, loin de l’interface GaP/Si. Les améliorations des caractéristiques courant-tension de telles cellules avec seulement 10 nm de GaP ont précédemment montré, par simulation, une amélioration des rendements de 2% en absolu.Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié expérimentalement l’effet du dépôt de GaP sur le c-Si. Nous avons mis en évidence une dégradation de la durée de vie des porteurs dans le c-Si lors d’une étape de préparation de surface pour améliorer l’épitaxie du GaP, qui favoriserait la diffusion de contaminants issus de la chambre de dépôts III-V dans le substrat. Cette étape pourrait être retirée, mais elle est nécessaire pour limiter l’émergence de domaines d’antiphase, défauts cristallins liés à la nature polaire des liaisons Ga-P qui limitent aussi la durée de vie des porteurs. De plus, la durée de vie à l’interface GaP/Si est demeure inférieure à 150 µs, malgré l’hypothétique passivation par effet de champ et sans défauts cristallins.Se basant sur ces découvertes, nous avons cherché à comprendre et améliorer la passivation de l’interface GaP/Si. Des techniques d’analyses avancées ont montré la présence de traces de carbone et d’arsenic dans le GaP, accompagné de fluor à l’interface, ainsi qu’une oxydation du GaP post-épitaxie. Différentes couches de mouillage ont été testées, permettant de corréler la rugosité, la défectuosité du GaP à la durée de vie des porteurs.D’autre part, l’intégration d’étapes de décontamination du substrat (gettering) a permis avec succès de restaurer la durée de vie volumique des charges tout en maintenant le recuit de reconstruction de surface dans le procédé de fabrication. Ces étapes ont été optimisées pour minimiser leur impact sur la couche de GaP. Un cellule avec GaP déposé sans pré-recuit atteint 11.2% tandis qu’en reléguant le GaP à une couche fenêtre, une cellule GaP/(n+)c-Si/(p)c-Si a montré un rendement amélioré à 13.8% avec le recuit et les étapes de gettering.Ce travail s'appuie sur l'expertise du CEA-INES en cellules solaires à hétérojonctions et du CNRS-LTM en épitaxie et caractérisation des matériaux III/V. / In the frame of energy transition, the development of energy sources that do not generate greenhouse gases is paramount. Benefiting from the overabundant energy provided by the Sun, photovoltaics is a key element of the future energy mix. Photovoltaics market is currently led by the silicon-based technologies, and best conversion efficiencies exceed 26% with the heterojunction solar cells technology with hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) on monocrystalline silicon (c-Si).Hydrogenated amorphous silicon, deposited by PECVD, enables high surface passivation of crystalline silicon, and to reach over 730 mV of open-circuit voltage. However, the parasitic absorption in the Ultra Violet region limits photon collection, and its low conductivity limits the diffusion length of charge carriers it generates, limiting the electrical performance and their contributions to the cell current.To enhance the efficiency of this technology, we propose to fabricate and characterise a new structure of photovoltaic solar cells based on heterojunction of gallium phosphide on crystalline silicon, made by metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD). This crystalline III-V material, with high bandgap energy (2.26 eV vs 1.6-1.9 for a-Si:H and 1.12 eV for c-Si), allows its pseudomorphic epitaxy on silicon, with higher transparency vs a-Si:H along with field effect passivation that repels the holes, positive charge carriers, away from the GaP/Si interface. The improvement of current-voltage characteristics, with only 10-nm-thick GaP, have previously shown by simulation an absolute improvement of the efficiency by 2%.In the frame of this thesis, we have experimentally studied the effect of GaP deposition on c-Si. We have outlined a carrier lifetime degradation in c-Si during a surface preparation annealing that favours the diffusion of contaminants from the III-V MOCVD chamber into the substrate. This step could be removed, but it is required to limit the formation of antiphase domains, which are crystalline defects linked to the polarity of Ga-P bonds that also limit the carrier lifetime. Moreover, GaP/Si interface lifetime remains below 150 µs, despite the hypothetic field effect passivation and without crystalline defects.From these conclusions, we sought to understand and improve the GaP/Si interface passivation. Advanced analysis techniques have shown carbon and arsenic traces in the GaP, with fluorine at the interface, as well as post-epitaxy GaP oxidation. Different wetting layers were tested, correlating the roughness and defectivity of Gap to the carrier lifetime.Furthermore, integration of substrate decontamination steps (gettering) enables successful bulk carrier lifetime recovery while maintaining the surface reconstruction annealing in the process flow. These steps were optimised to minimise their impact the GaP layer. A solar cell with GaP deposited on unannealed silicon reached 11.2% while, making GaP a window layer in a GaP/(n+)c-Si/(p)c-Si stack produced a solar cell with 13.8% with annealing and gettering steps.This work relies on the expertise of CEA-INES on heterojunction solar cells and CNRS-LTM on the epitaxy of III-V materials and their characterisation.

Ces travaux de thèse constituent une contribution à l'introduction massive de la production photovoltaïque (PV) sur le réseau électrique. L'énergie PV possède un potentiel immense, notamment dans le secteur de l'habitat, mais l'effet d'intermittence limite son développement à grande échelle. Dans cette thèse nous proposons d'ajouter un élément de stockage aux systèmes photovoltaïques connectés au réseau dans l'habitat. Nous commençons par introduire la notion de gestion d'énergie dans ces systèmes dits « hybrides », dont l'objectif qui a été fixé est de réduire les pics de puissance appelée, voire produite. Ensuite, nous proposons et étudions des stratégies de gestion optimisées d'énergie basées sur des données prévisionnelles d'irradiations, de températures ambiante, de consommation et des prix de l'énergie. Enfin, nous apportons des solutions théoriques originales de gestion en temps réel, notamment en introduisant des réponses au problème des incertitudes sur les prévisions.

Ce manuscrit porte sur la génération, la mise en forme et la manipulation de vortex optiques, c'est à dire de faisceaux laser porteurs de singularités de phase les dotant d'un moment orbital angulaire. Nous les utilisons pour photoinduire des guides optiques dans des matériaux photoréfractifs tels que le niobate de lithium tout en s'attachant à la compréhension physique des interactions vortex/milieu photoréfractif. La mise en forme et la manipulation de vortex optiques s'inscrit ici dans la perspective de réalisation de systèmes guidants dans des matériaux massifs. Liés aux nouvelles technologies, ils pourraient permettre de traiter l'information via de nouveaux composants d'interconnections. Notre solution est basée sur le principe des solitons optiques spatiaux, faisceaux invariants en propagation qui peuvent être obtenus via une interaction non linéaire appropriée. Les solitons spatiaux photoréfractifs sont associés à une modification de l'indice de réfraction du matériau par effet Pockels qui induit un guide optique au sein du matériau ayant le même profil que le soliton. Nous utilisons ici un matériau qui a fait ses preuves dans le domaine de l'optoélectronique, le niobate de lithium (LiNbO3).<br /><br />Nous présentons d'abord les notions de base relatives aux solitons et les différents moyens permettant de les obtenir. Les vortex optiques et leurs applications sont également introduits. Plus précisément, le formalisme mathématique définissant les vortex et les méthodes pour les obtenir sont décrits. D'autre part, les différents mécanismes physiques intervenant dans la formation de solitons spatiaux dans les matériaux photoréfractifs sont détaillés. Un nouveau modèle numérique intégrant des variables auparavant négligées est proposé pour une meilleure compréhension du comportement du vortex dans le niobate de lithium dopé fer que les modèles numériques utilisés jusqu'alors. Nous mettons ensuite en évidence le bon accord entre ce nouveau modèle numérique et l'observation expérimentale de l'influence de l'anisotropie du cristal sur la propagation d'un vortex en milieu photoréfractif-photovoltaïque en fonction de paramètres tels que le moment orbital du vortex et les directions de propagation et de polarisation par rapport aux axes cristallographiques du LiNbO3. Enfin, les résultats obtenus dans le chapitre précédent sont mis à profit pour définir les conditions expérimentales optimales permettant d'obtenir un quasi-soliton noir en deux dimensions induisant une structure capable de guider et confiner la lumière dans le matériau. De plus les premiers résultats expérimentaux de structures guidantes plus complexes induites optiquement avec des vortex de charges multiples sont présentés.<br />Le nouveau modèle numérique développé dans le cadre de cette thèse peut-être utilisé afin d'étudier de façon plus approfondie la dynamique des mécanismes de dislocation de vortex optiques lié à la présence de singularités de phases multiples.

Les matériaux les plus répandus dans le domaine du photovoltaïque (PV) organique à base de polymères correspondent au mélange poly(3-hexylthiophène) régiorégulier (rr-P3HT):[6,6]-phenyl-C61-butyric acide methyl ester (PCBM). La couche active est une hétérojonction en volume de domaines interpénétrés accepteur d'électron (le PCBM) et donneur d'électron (le P3HT) de taille caractéristique de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Le contrôle de la morphologie de la couche active à l'échelle nanométrique et de sa stabilité est un défi majeur pour le développement des cellules organiques et est au centre de ce travail de thèse. Dans un premier temps, nous avons cherché à contrôler ainsi qu'à améliorer la stabilité de la morphologie de la couche active via l'utilisation de compatibilisant au sein du mélange P3HT:PCBM. Deux familles de copolymères à blocs rigide et souple ont été étudiées. Elles ont en commun la nature de leur bloc rigide (à base de P3HT) et diffèrent par leur bloc souple. Pour la première famille de matériaux, le bloc souple poly-butylacrylate (P(BA-stat-CMS)) est greffé de C60, ce qui lui confère une affinité chimique avec les domaines de PCBM, et la seconde famille a un bloc souple poly(4-vinylpiridine) (P4VP) non greffé en C60. De par son affinité chimique avec le C60 du PCBM, le PCBM se localisera préférentiellement au voisinage des domaines P4VP. Le but de cette première étude est de déterminer l'impact de la nature du bloc souple sur la morphologie des couches, et de manière indirecte sur les performances PV. Dans un deuxième temps, les copolymères à blocs sont étudiés en tant que matériaux photo-actifs. En effet, l'auto-assemblage des copolymères engendre une structuration en nanodomaines. La forte affinité de la P4VP avec le PCBM se traduit par une accumulation préférentielle du PCBM dans les domaines P4VP, apportant ainsi la fonction d'accepteur d'électron à ces domaines. Des blocs souples de longueur différente sont comparés afin d'appréhender l'influence de la taille des blocs sur l'organisation du copolymère ainsi que sur les propriétés de transport de charge et sur les performances PV.

Le photovoltaïque est un secteur industriel en pleine expansion depuis la fin des années 90, avec une croissance de 30 à 40% de la production par an. Les activités de recherches présentées dans le cadre de cette HDR constituent un accompagnement au développement et à l'amélioration des performances des cellules photovoltaïques en silicium cristallin. La première partie concerne les propriétés du silicium " photovoltaïque ", qui présente des concentrations en impuretés plus élevées que le silicium utilisé en microélectronique. Nous abordons le principe de la purification par plasma réactif, permettant en particulier de réduire les concentrations en Bore du silicium. Nous abordons ensuite les propriétés électroniques du matériau compensé, contenant à la fois les impuretés de type P et N. Ce type de matériau, finalement peu étudié jusqu'à présent et dont l'usage augmente dans le photovoltaïque, présente des propriétés particulières en terme de mobilité. Nous nous intéressons aussi aux propriétés du silicium tri-dopé Bore-Phosphore-Gallium. Le gallium est ici volontairement introduit lors du tirage des lingots pour permettre de maîtriser le type et de mieux contrôler la résistivité du matériau final. La deuxième partie concerne la réalisation, par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), et la caractérisation de couches minces de diélectriques (nitrure, oxydes et oxynitrures de silicium). Ces couches sont utilisées dans la passivation et pour la réalisation des couches antireflet des cellules photovoltaïques en silicium. Nous présentons les principaux résultats obtenus, en faisant la liaison entre les propriétés physico-chimiques de ces couches et leurs caractéristiques optiques et électroniques. Nous nous intéressons plus particulièrement à la problématique de la passivation en face arrière des cellules minces, dont l'objectif consiste à remplacer la traditionnelle couche en aluminium sérigraphié par un diélectrique plus fin.