Les couches minces du silicium présentent de nombreux avantages dans la course à la production de modules solaires à grande échelle de part leur consommation très réduite de matière, leur faible coût de production et leur pertinence dans la technologie solaire flexible. Le silicium microcristallin hydrogéné (c-Si:H), préparé par dépôt chimique en phase vapeur (PECVD), a suscité un intérêt croissant grâce à sa stabilité contre la dégradation induite par la lumière et sa meilleure absorption comparées à celles du silicium amorphe. La structure mixte de ce matériau constituée du silicium amorphe et de grains cristallins arrangés sous forme d'agrégats coniques ou colonnaires influe sur les mécanismes du transport électrique.Dans cette thèse, un modèle tridimensionnel de croissance du c-Si:H est utilisé pour reproduire les principales caractéristiques de la dynamique de croissance et la microstructure du c-Si:H : une forme conique ou colonnaire des grains, une zone de transition amorphe nanocristalline, une rugosité de surface et une fraction cristalline qui évoluent avec l'épaisseur.Un modèle de transport électrique tridimensionnel utilisant les matériaux générés est développé. Ce modèle met en jeu des paramètres électriques correspondant au transport dans la phase amorphe, cristalline et au travers des joints de grains. Les résultats de la simulation sont comparés aux mesures de conductivité électrique montrant un excellent accord et permettant d'extraire les caractéristiques de la barrière de potentiel formée entre les grains. Cette modélisation numérique, à la fois du processus de la croissance et du comportement électrique permet de contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes de transport dans ces matériaux fortement hétérogènes.Une caractérisation en bruit basse fréquence des couches microcristallines ayant différentes fractions cristallines est menée dans le but de mieux appréhender les mécanismes de transport. Le comportement en bruit trouvé est typique d'un phénomène de percolation.Les contacts métalliques utilisés lors des caractérisations électriques sont étudiés par la méthode TLM. La modélisation numérique de la structure de test a permis d'extraire la résistivité de contact et la résistance carrée des couches. Nos résultats suggèrent un processus de percolation à l'interface métal/c-Si:H. / Silicon thin films present many advantages in the production of large scale solar cells due to their very low material consumption, low production cost and their relevance in the flexible solar technology. The hydrogenated microcrystalline silicon (c-Si:H) prepared by chemical vapor deposition (PECVD ), has attracted increasing interest due to its stability against degradation induced by light and its better absorption compared to amorphous silicon . The mixed structure of this material consisting of amorphous silicon and crystalline grains arranged in the form of conical or columnar aggregates affects the electrical transport mechanisms. In this thesis, a three-dimensional model is used to reproduce the main features of the growth dynamics and the microstructure of c-Si:H: conical or columnar grains, an amorphous/nanocrystalline transition zone, a surface roughness and a crystalline fraction evolving with the thickness. A three-dimensional model of the electrical transport using the generated structures is developed. This model involves electrical parameters corresponding to the transport in the amorphous phase, crystalline phase and through the grain boundaries. The simulation results are compared to the electrical conductivity measurements showing an excellent agreement and allowing to extract the characteristics of the potential barrier formed between the grains. The numerical modeling of both the process of growth and the electrical behavior contributes to a better understanding of transport phenomena in these highly heterogeneous materials.A low frequency noise characterization of microcrystalline silicon layers with different crystalline fractions has been performed in order to understand the transport mechanism. The noise behavior is found to be typical of a percolation phenomenon.The metallic contacts used in the electrical characterizations are studied by the TLM method. Numerical modeling of the test structure allows extracting the contact resistivity and the sheet resistance of the films. Our results suggest a percolation process on the metal / c-Si:H interface.

Aujourd'hui et à l'avenir, l'augmentation des prix du carburant, la déréglementation et les contraintes de l'environnement donnent plus de possibilités pour l'utilisation des sources d'énergie renouvelables (SER) dans les réseaux électriques. Un concept de microgrid est nécessaire afin d'intégrer les sources d'énergie renouvelables dans le réseau électrique. Ce microgrid comprend un réseau de basse tension (BT) avec les ressources d'énergie distribuées (DER) ainsi que les moyens de stockage et des charges flexibles. L'intégration des énergies renouvelables dans un microgrid peut causer des enjeux et des impacts sur le fonctionnement du microgrid. C'est pourquoi dans cette thèse, un dimensionnement optimal et les stratégies de fonctionnement en sécurité, fiabilité et efficacité d'un microgrid comportant des productions photovoltaïques (PV), des systèmes de stockage d'énergie de la batterie (BESS) et / ou les diesels sont proposés. Tout d'abord, la technique d'optimisation itérative est utilisée pour trouver le dimensionnement optimal d'un microgrid. Deuxièmement, les stratégies de contrôle de tension et de fréquence pour un microgrid en mode îloté en utilisant les statismes sont étudiées. De plus, nous proposons les stratégies intelligentes de contrôle de tension et de la fréquence à l'aide de la logique floue. De cette manière, la fréquence est exprimée non seulement en fonction de la puissance active, mais aussi de l'état de charge de BESS et des régimes de fonctionnement de microgrid. Et enfin, une méthode pour optimiser la gestion de l'énergie dans l'exploitation d'un microgrid est proposée dans cette thèse. La programmation dynamique est utilisée pour trouver le minimum du coût du carburant compte tenu des émissions par la planification des ressources énergétiques distribuées (de DER) dans un microgrid en mode îloté ainsi que pour minimiser le coût d'énergie et les puissances d'échange avec le réseau en mode connecté. Les résultats de simulation obtenus montrent la précision et l'efficacité des solutions proposées. / Today and in the future, the increase of fuel price, deregulation and environment constraints give more opportunities for the usage of the renewable energy sources (RES) in power systems. A microgrid concept is needed in order to integrate the renewable sources in the electrical grid. It comprises low voltage (LV) system with distributed energy resources (DERs) together with storage devices and flexible loads. The integration of RES into a microgrid can cause challenges and impacts on microgrid operation. Thus, in this thesis, an optimal sizing and security, reliability and economic efficiency operation strategies of a microgrid including photovoltaic productions (PV), battery energy storage systems (BESS) and/or diesels is proposed. Firstly, the iterative optimization technique is used to find the optimal sizing of a microgrid. Secondly, the voltage and frequency control strategies for an island microgrid by using droop control methods are studied. Furthermore, we propose intelligent voltage and frequency control strategies by using fuzzy logic. By this way, the frequency is expressed not only as the function of active power but also the state of charge of BESS and the operation states of microgrid. And finally, a method to optimize the energy management in operation of a microgrid is proposed in this thesis. Dynamic programming is used to find the minimum the cost of fuel considering the emissions by scheduling of distributed energy resources (DERs) in an island microgrid as well as to minimize the cash flows and the exchanged power with the main grid in a grid-connected mode. The simulation results obtained show the accuracy and efficiency of the proposed solutions.

L'effet photovoltaïque est une des voies qui s'est significativement développée au cours des dernières années afin de trouver une alternative à la production d'énergies non-renouvelables. Afin de diminuer le coût de fabrication de ces dispositifs photovoltaïques, une solution consiste à remplacer le silicium par des matériaux organiques. Les cellules solaires organiques sont une technologie en pleine émergence qui ambitionne la fourniture de cellules solaires plus flexibles dans tous les sens du terme : mécanique, fabrication, propriétés électro-optiques. Un défi auquel la recherche est confrontée aujourd'hui est l'obtention de matériaux organiques stables et solubles qui absorbent aux longueurs d'ondes du proche infrarouge. Ce travail de thèse réalisé dans l'Équipe de Recherche Technologique CSPVP de l'Université d'Angers a pour objectif de relever le défi. La première partie de notre travail est consacrée à l'utilisation de nouveaux dérivés de fullerènes. Afin d'améliorer l'absorption du fullerène C60 ou/et de chercher de possibles alternatives au PCBM, des nouveaux composés ont été synthétisés. Ces nouveaux dérivés peuvent être répartis en: dyades C60-PDI(R=OPhtBu, Cl), cyclopropano[60]fullerènes et cyclopropano[70]fullerènes de type Bingel porteurs de deux groupes esters C60(ou 70)>(CO2R1)(CO2R2), et l'adduit-1,4 C60(CH2CO2tC4H9)2. Ces dérivés de fullerènes ont été incorporés dans les couches photo-actives des cellules solaires à base du polymère conjugué poly(3-hexylthiophène) (P3HT), en tant que matériau de type accepteur. Tous ont été utilisés en cellules solaires pour lesquelles nous avons cherché à préciser la relation entre structure moléculaire et performances photovoltaïques via la morphologie de la couche active. Des études supplémentaires ont été effectuées afin de corroborer les résultats photovoltaïques (PV) avec les propriétés physico-chimiques des matériaux. La deuxième partie est consacrée à des études physico-chimiques réalisées sur des différents nanotubes de carbones mono-feuillets (SWCNT) fonctionnalisés par des groupements esters. Ces nanotubes fonctionnalisés présentent une meilleure dispersion dans les solvants organiques. Ils ont été étudiés et comparés à différentes concentrations dans des cellules solaires à base de P3HT :PCBM. Des travaux complémentaires ont été effectués sur des dérivés de poly(phénylène vinylène) (PPV) et des dérivés de polythiophène, et des cellules élaborées à partir de dérivés de carbazole attaché sur le noyau de C60 et déposés sur des substrats ITO/PEDOT :PSS par électropolymérisation. En conclusion, nous passons en revue les paramètres qui contribuent directement aux performances photovoltaïques des cellules étudiées.

L'objectif principal de cette thèse consiste à déterminer (et expliquer) les relations entre les conditions de synthèse des couches minces de Cu2ZnSn(Se,S)4 (CZTSSe), leurs propriétés physiques et les performances des dispositifs photovoltaïques. Le mécanisme de formation du matériau est étudié en fonction des conditions de croissance. Le CZTSSe est synthétisé par un procédé en deux étapes, où une première étape de dépôt des précurseurs sous vide est suivie d'une seconde étape de recuit sous atmosphère de sélénium. Différents ordres d'empilement des précurseurs sont étudiés afin de comprendre la séquence de réactions qui, à partir de leur dépôt, conduit à la couche finale de CZTSSe. Le résultat de cette étude montre que le matériau final obtenu après un recuit à haute température (570°C) et de longue durée (30 min) est indépendant de l'ordre de dépôt des précurseurs, mais que les étapes intermédiaires de formation du matériau sont fortement influencées par les positions respectives des couches de cuivre et d'étain. Les possibles implications bénéfiques de l'incorporation de sodium dans le CZTSSe sont également étudiées. Ce travail est réalisé en synthétisant la couche de CZTSSe sur différents substrats contenant diffèrents taux de sodium: de cette manière, pendant la synthèse, le sodium migre du substrat vers l'absorbeur. Après quantification du Na dans le CZTSSe juste après la croissance, le matériau est caractérisé afin d'évaluer sa qualité. Ensuite il est employé dans une cellule solaire complète pour vérifier ses propriétés photovoltaïques. Les résultats montrent que, comme dans le cas de la technologie CIGS, le sodium est bénéfique pour le CZTSSe, permettant l'augmentation de la tension à circuit ouvert et le rendement des cellules. Le molybdène est le contact arrière le plus utilisé pour les cellules solaires à base de CZTSSe. Cependant, il a été suggéré récemment que le Mo n'est pas stable à l'interface avec le CZTSSe. En outre, aucune étude expérimentale n'a été effectuée à ce jour pour tester si les cellules solaires construites sur un autre contact arrière pourraient présenter de meilleures propriétés photovoltaïques. Ainsi, divers métaux (Au, W, Pd, Pt et Ni) sont déposés sur le Mo et testés comme contacts arrières dans les cellules solaires à base de CZTSSe. Il est démontré qu'il est possible de synthétiser des couches minces de CZTSSe de qualité quand le tungstène, l'or et le platine sont employé comme contacts arrière. Il est observé que les contacts en W et Au permettent d'augmenter le courant photogénéré, mais aussi que le Mo reste le meilleur contact arrière du point de vue du rendement de conversion photovoltaïque. Les effets de la variation du rapport [S]/([S]+[Se]) sur les performances des cellules solaires à base de CZTSSe sont étudiés. Cette étude est effectuée par simulations des cellules solaires à base de CZTSSe, avec un ratio variable des éléments chalcogènes dans l'absorbeur, en ayant pour objectif la détermination de la composition optimale de l'absorbeur. Les simulations conduisent à un rendement de 16,5% (avec une tension en circuit ouvert de 0,56 V, courant de court-circuit de 37,0 mA/cm2 et un facteur de forme de 79,0%) lorsque la teneur en soufre est diminué linéairement à partir du contact arrière en direction de la couche tampon. Sur la base de ces résultats, nous proposons que l'ingénierie de bande interdite avec une variation du taux [S]/([S]+[Se]) dans l'absorbeur soit un moyen efficace qui permet d'augmenter les performances des cellules solaires à base CZTSSe sans nécessiter de changer la qualité même de l'absorbeur.

L'objectif de ce travail est d'approfondir et de mieux comprendre les mécanismes responsables de la formation et de la croissance de la structure des grains dans le silicium multicristallin pour des applications photovoltaïques. Lors de la solidification du silicium multicristallin, la sélection des grains, le contrôle de la distribution de leur taille et leur direction de croissance sont des paramètres importants pour obtenir un matériau de bonne qualité et homogène. Ces paramètres influencent directement le rendement de conversion des cellules photovoltaïques, au travers de la capture et de la recombinaison des porteurs de charges et des interactions avec les impuretés. La structure de grains dans le silicium photovoltaïque évolue au cours de la solidification : des grains vont disparaître, d'autres vont apparaître, d'autres vont grossir pour donner au final une structure composée de gros grains, de petits grains dénommés 'grits', de joints de grains, et de macles. Il est donc important de comprendre les relations entre les différents paramètres du procédé industriel et leur influence sur les phénomènes physico-chimiques qui se produisent lors de la croissance afin de pouvoir influer sur la structure de grains dans le silicium, et de prévoir ses propriétés. Dans une première étape, nous avons établi un modèle de développement des grains basé sur le type de croissance (facettée, rugueuse ou mixte), la cinétique de ces divers types de croissances, le phénomène de maclage et la sélection des grains, dont nous montrons qu'ils sont, avec la germination initiale, à l'origine de la taille et de la structure des grains. Ensuite, nous proposons une approche de modélisation numérique de l'évolution de la structure des grains au cours de la solidification. Cette méthode se base sur l'analyse dynamique bidimensionnelle du joint de grains au niveau de la ligne triple grain-grain-liquide (rugueuse, facettée) tout en prenant en compte les phénomènes produits à l'échelle macroscopique (le champ de température local) et microscopique (la cinétique des grains). Le modèle résulte du couplage thermique et des mécanismes cinétiques de croissance. Nous avons donc développé un modèle numérique de croissance des grains en 2 dimensions et nous l'avons introduit dans le code 2D-MiMSiS qui se déroule en 2 étapes : Premièrement, le calcul en régime transitoire de la solidification macroscopique d'un lingot de silicium nous permet d'obtenir le champ thermique dans le lingot et la position précise de l'interface solide-liquide à différents instants ainsi que sa vitesse, son orientation (sa forme) et les gradients de température dans le liquide et le solide. Deuxièmement, la modélisation de la croissance est basée sur la description géométrique des joints de grains qui dépend de la cinétique des grains qui les bordent. Elle suit des critères dépendants de la morphologie (rugueuse ou facettée) de l'interface. Elle s'appuie sur le réseau d'isothermes du calcul thermique sans l'influencer dans un premier temps. Un des objectifs de ce modèle est de faire varier différents paramètres du procédé et d'en mesurer l'impact sur la structure cristalline finale. Des résultats de calculs 2D sont présentés et discutés par rapport à l'expérience.

Ce travail de thèse concerne l'élaboration de nouveaux copolymères à faible bande interdite de type " push-pull ", constitués par une unité donneuse d'électrons (push) et une unité acceptrice d'électrons (pull) en modulant les relations structures-propriétés par stratégie de synthèse. Des copolymères constitués par des unités acceptrices d'électrons (dérivées du benzothiadiazole ou du thienopyrrolodione) et donneuses d'électrons (3,6-carbazole, 2,7-carbazole, dialkoxybezodithiophène) ont été obtenus par différentes méthodes de couplage carbone carbone (C-C). Des études physico-chimiques par des techniques de spectroscopie (UV-visible), d'électrochimie (voltampérométrie cyclique), de diffraction de rayon X et d'analyses thermogravimétriques ont été utilisées pour élucider les propriétés fondamentales des copolymères pour des applications dans le domaine du photovoltaïque organique. Des études de RPE sous éclairement couplées avec de la simulation théorique ont permis l'étude des différents transferts électroniques dans les copolymères push-pull en mélange avec deux types de matériaux accepteurs d'électrons (le PCBM et les nanocristaux de CuInS2). Des calculs de DFT ont mis en évidence une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. Des tests préliminaires en hétérojonctions volumiques sur les (co)polymères ont étés réalisés mettant en évidence les facteurs clés limitant les performances des dispositifs de photovoltaïques organiques.

Ce travail de thèse concerne l'élaboration de nouveaux copolymères à faible bande interdite de type « push-pull », constitués par une unité donneuse d'électrons (push) et une unité acceptrice d'électrons (pull) en modulant les relations structures-propriétés par stratégie de synthèse. Des copolymères constitués par des unités acceptrices d'électrons (dérivées du benzothiadiazole ou du thienopyrrolodione) et donneuses d'électrons (3,6-carbazole, 2,7-carbazole, dialkoxybezodithiophène) ont été obtenus par différentes méthodes de couplage carbone carbone (C-C). Des études physico-chimiques par des techniques de spectroscopie (UV-visible), d'électrochimie (voltampérométrie cyclique), de diffraction de rayon X et d'analyses thermogravimétriques ont été utilisées pour élucider les propriétés fondamentales des copolymères pour des applications dans le domaine du photovoltaïque organique. Des études de RPE sous éclairement couplées avec de la simulation théorique ont permis l'étude des différents transferts électroniques dans les copolymères push-pull en mélange avec deux types de matériaux accepteurs d'électrons (le PCBM et les nanocristaux de CuInS2). Des calculs de DFT ont mis en évidence une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. Des tests préliminaires en hétérojonctions volumiques sur les (co)polymères ont étés réalisés mettant en évidence les facteurs clés limitant les performances des dispositifs de photovoltaïques organiques. / In this work, the attention was focused on the synthesis of new low-band gap polymers and on the adopted chemical strategy aims on developing the so called push-pull copolymers: formed by a donor (push) and an acceptor (pull) electron unit in the polymer backbone. It was demonstrated that exploited building block approach can lead to copolymers with tunable physical properties. By selecting acceptor (benzothiadiazole or thienopyrrolodione derivatives) and donor (3,6-carbazole, 2,7-carbazole, dialkoxybenzodithiophene) units of different DA strength, it is possible to prepare copolymers through several C-C coupling methods. Detailed physico-chemical studies using complementary spectroscopic, electrochemical, diffraction and thermal techniques enabled the determination of synthesized push-pull copolymers properties, which are crucial for their photovoltaic application. Detailed studies on EPR under illumination and EPR tracing allowed the characterization of various electronic transfers in the presented and particularly designed push-pull copolymers, blended with two types of electron acceptor materials: PCBM and CuInS2 nanocrystals. DFT calculations supported the experimental results. Preliminary tests on synthesized copolymers were carried out taking into account all limiting factors concerning the device fabrication.

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. / In order to be cost-effective, photovoltaic energy conversion needs to improve the solar cell efficiencies while decreasing the production costs. Nanocrystal based solar cells could fulfil these requirements through solution-processing, band gap and energy level engineering. PbS nanocrystal thin films already proved their potential for use as solar cell active materials with power conversion efficiencies approaching 7%. However, since lead based compounds are not compatible with European regulations and present high risks for health and environment, semiconductor nanocrystals of alternative materials have to be developed. This thesis focuses on novel types of semiconductor nanocrystals and their application in photovoltaics. The first part of the study deals with the synthesis of size- and shape-controlled CuInSe2 and SnS nanocrystals. An in-depth investigation of the structure of SnS nanocrystals using Mössbauer spectroscopy revealed their high oxidation sensitivity, which limits their usability in optoelectronic devices after air exposure. The second part deals with the thin film preparation and the surface ligand exchange of the obtained nanocrystals. Using a fully inorganic nanocrystal-surface ligand system, the deposited films exhibited a current density improved by four orders of magnitude as compared to the initial ligands. Finally, solar cell devices based on nanocrystal thin films were fabricated, which showed encouraging results with a clear photovoltaic effect when processed under inert atmosphere.

L'objectif de ce travail est d'approfondir et de mieux comprendre les mécanismes responsables de la formation et de la croissance de la structure des grains dans le silicium multicristallin pour des applications photovoltaïques. Lors de la solidification du silicium multicristallin, la sélection des grains, le contrôle de la distribution de leur taille et leur direction de croissance sont des paramètres importants pour obtenir un matériau de bonne qualité et homogène. Ces paramètres influencent directement le rendement de conversion des cellules photovoltaïques, au travers de la capture et de la recombinaison des porteurs de charges et des interactions avec les impuretés. La structure de grains dans le silicium photovoltaïque évolue au cours de la solidification : des grains vont disparaître, d'autres vont apparaître, d'autres vont grossir pour donner au final une structure composée de gros grains, de petits grains dénommés ‘grits', de joints de grains, et de macles. Il est donc important de comprendre les relations entre les différents paramètres du procédé industriel et leur influence sur les phénomènes physico-chimiques qui se produisent lors de la croissance afin de pouvoir influer sur la structure de grains dans le silicium, et de prévoir ses propriétés. Dans une première étape, nous avons établi un modèle de développement des grains basé sur le type de croissance (facettée, rugueuse ou mixte), la cinétique de ces divers types de croissances, le phénomène de maclage et la sélection des grains, dont nous montrons qu'ils sont, avec la germination initiale, à l'origine de la taille et de la structure des grains. Ensuite, nous proposons une approche de modélisation numérique de l'évolution de la structure des grains au cours de la solidification. Cette méthode se base sur l'analyse dynamique bidimensionnelle du joint de grains au niveau de la ligne triple grain-grain-liquide (rugueuse, facettée) tout en prenant en compte les phénomènes produits à l'échelle macroscopique (le champ de température local) et microscopique (la cinétique des grains). Le modèle résulte du couplage thermique et des mécanismes cinétiques de croissance. Nous avons donc développé un modèle numérique de croissance des grains en 2 dimensions et nous l'avons introduit dans le code 2D-MiMSiS qui se déroule en 2 étapes : Premièrement, le calcul en régime transitoire de la solidification macroscopique d'un lingot de silicium nous permet d'obtenir le champ thermique dans le lingot et la position précise de l'interface solide-liquide à différents instants ainsi que sa vitesse, son orientation (sa forme) et les gradients de température dans le liquide et le solide. Deuxièmement, la modélisation de la croissance est basée sur la description géométrique des joints de grains qui dépend de la cinétique des grains qui les bordent. Elle suit des critères dépendants de la morphologie (rugueuse ou facettée) de l'interface. Elle s‘appuie sur le réseau d'isothermes du calcul thermique sans l'influencer dans un premier temps. Un des objectifs de ce modèle est de faire varier différents paramètres du procédé et d'en mesurer l'impact sur la structure cristalline finale. Des résultats de calculs 2D sont présentés et discutés par rapport à l'expérience. / The objective of this work is to explore and better understand the mechanisms responsible for the formation and growth of the grain structure in polycrystalline silicon for photovoltaic applications. During the solidification of polycrystalline silicon for the selection of the grain, control the distribution of their size and direction of growth are important parameters to obtain a material of good quality and homogeneous. These parameters directly influence the conversion efficiency of solar cells, through the capture and recombination of charge carriers and interactions with impurities. Grain structure in silicon photovoltaic evolves during solidification: Grain will disappear, others will appear, others will grow to give the final structure composed of large grains, small grains called 'grits' grain boundaries and twins. It is therefore important to understand the relationship between the parameters of the industrial process, the physico-chemical phenomena that occur during the growth and structure of grains in the silicon to predict its properties. In a first step, we established a model of development based on the grain growth type (faceted, rough or mixed), the kinetics of the various growths, the phenomenon of twinning and the selection of grains, we show that they are, with the initial germination, originally of the size and structure of the grains. Then, we propose an approach to numerical modeling of the evolution of lala grain structure during solidification. This method is based on the two-dimensional dynamic analysis of the grain boundary at the triple line grain-grain-liquid (rough, faceted) taking into account the phenomena produced at the macroscopic scale (the local temperature field) and microscopic (kinetic grain). The resulting model of the thermal coupling mechanisms and growth kinetics. We have developed a numerical model of grain growth in two dimensions, and we have introduced in the 2D-code MiMSiS which takes place in two steps: First, the calculation of transient macroscopic solidification of an ingot of silicon allows us to obtain the temperature field in the ingot and the precise position of the solid-liquid interface at different times as well as its speed, direction ( form) and the thermal gradients in the liquid and the solid. Second, the growth model is based on the geometrical description of grain boundary which depends on the kinetics of grain that border. It follows dependent criteria of the rough morphology or faceted interface. It relies on a network of insulated thermal calculation without influence in the first place. One objective of this model is to vary the process parameters and to measure their impact on the final crystalline structure. 2D calculation results are presented and discussed in relation to the experience.

De tous les matériaux multiferroïques, BiFeO3 est celui qui est le plus étudié. C’est un ferroélectrique, antiferromagnétique dont les températures de transition sont bien au-dessus de la température ambiante. De plus, le couplage magnétoélectrique entre ces deux paramètres d’ordre a été observé aussi bien dans les cristaux que dans les couches minces. BiFeO3 possède également la plus grande polarisation ferroélectrique jamais mesurée, 100µC/cm². De gros efforts sont fournis pour comprendre et exploiter les propriétés physiques de ce matériau. Dans ce but, il est important de pouvoir contrôler sa structure en domaines afin d’étudier les phénomènes émergeant aux parois de ces domaines. C’est l’objectif de cette thèse : étudier quelques une des propriétés de BiFeO3, comme la photoélectricité et le magnétisme, tout en prêtant en parallèle une attention particulière à la caractérisation de ces propriétés, dans un domaine et dans une paroi, avec des techniques originales telles que la microscopie de photocourants à balayage (MPB) et le rayonnement synchrotron ou les champs magnétiques intenses. Les images obtenues par MPB, révèlent qu’un champ dépolarisant proche d’une paroi de domaine à 180° peut améliorer de manière significative le rendement des effets photoélectriques : les parois de domaines peuvent être générées et positionnées dans le but de contrôler localement le rendement de l’effet photoélectrique. De plus, l’imagerie de la figure de diffraction de surface d’un réseau de parois de domaines dans des couches minces, par diffusion magnétique résonante de rayons X, permet de montrer que les parois de domaines entraînent la formation de structures magnétiques particulières qui pourraient donner lieu à une aimantation. / Among all multiferroics, BiFeO3 is a material of choice because its two ordering temperatures are well above 300K. It is a ferroelectric antiferromagnet, and magnetoelectric coupling has been demonstrated in bulk and in thin films. Remarkably, BiFeO3 has the largest polarization of all known ferroelectrics (100µC/cm²). A huge research effort is carried out worldwide to understand and exploit the physical properties of this material which requires to design and tailor BiFeO3 on many scales. In this sense, developing methods and tools to control the domain structure is essential to explore new emergent phenomena arising at domain walls. This is the aim of the present PhD work. Some of the original properties of BiFeO3 have been investigated including its photoelectric and magnetic properties. A particular attention is given to characterize in a parallel fashion bulk properties and domain walls properties, using original techniques of characterization such as Scanning Photocurrent Microscopy (SPCM), scattering synchrotron facilities or high field pulses. SPCM mapping reveals that depolarizing fields in the vicinity of a 180° domain wall can significantly improve the photovoltaic efficiency. Thus domain walls can be generated and precisely positioned in order to tailor the local photovoltaic efficiency. Moreover, X-ray resonant magnetic scattering on thin films with periodic domain structure shows that domain walls generate specific magnetic structures with possible uncompensated magnetization.