Missions

.Réaliser des dispositifs photovoltaïques exploitant tout le potentiel des matériaux actifs nécessite une connaissance approfondie de leur mécanisme de fonctionnement. Plus précisément, il est primordial de comprendre quels processus physiques et chimiques régissent non seulement l'efficacité de conversion d'énergie, mais aussi leur stabilité à long terme. Les interfaces entre le film actif et les couches de transport de charge comptent parmi les facteurs les plus importants pour déterminer ces indicateurs de performance. Cela est particulièrement vrai pour la nouvelle génération de photovoltaïques à couches minces émergents (PV) dans l'application des cellules solaires à pérovskite.[1–3] Notre stratégie clé pour améliorer la stabilité dans cette nouvelle technologie est l'introduction d'intercouches inorganiques/hybrides pour protéger le film pérovskite photo-actif des espèces extrinsèques (par exemple, l'humidité, les atomes de métaux provenant des électrodes, etc.) et pour empêcher les espèces halogénées mobiles de diffuser dans les couches adjacentes (Figure 1). En tant que méthode polyvalente et pertinente pour l'industrie permettant de réaliser des couches de protection fonctionnelles, la déposition en couche atomique (ALD) se distingue.[4,5] Les couches d'oxydes réalisées par ALD ont été implémentées comme barrières de perméation contre l'infiltration d'humidité.[6] Cependant, l'intégration des couches ALD dans les cellules à pérovskite (PSC) nécessite une adaptation soigneuse du processus pour éviter d'endommager la pérovskite. Afin de développer des lignes directrices claires pour la sélection des matériaux et des processus, des routines de tests encore plus rigoureuses seront nécessaires et une compréhension approfondie de l'interaction chimique doit être développée.[7] Nous visons donc à développer une nouvelle stratégie d'intégration des intercouches d'ALD et de Déposition de Couches Moléculaires (MLD) afin de contrôler la dynamique des interfaces, c'est-à-dire les processus physiques et chimiques critiques pour la collecte de charge et la stabilité en fonctionnement. Comme le défi le plus difficile est de suivre l'évolution de ces interfaces pendant l'exploitation du dispositif, nous étudierons la dynamique des interfaces dans une approche d'analyse dédiée afin de suivre la composition et les propriétés optoélectroniques.

[1] P. Schulz, ACS Energy Letters 2018, 3, 1287.
[2] P. Schulz, D. Cahen, A. Kahn, Chem. Rev. 2019, 119, 3349.
[3] J. A. Christians, P. Schulz, et al., Nature Energy 2018, 3, 68.
[4] F. J. Ramos, T. Maindron, S. Bechu, A. Rebai, M. Fregnaux, M. Bouttemy, J. Rousset, P. Schulz, N. Schneider, Sustainable Energy & Fuels 2018, DOI 10.1039/C8SE00282G.
[5] K. O. Brinkmann, T. Gahlmann, T. Riedl, Sol. RRL 2020, 4, 1900332.
[6] K. O. Brinkmann, J. Zhao, N. Pourdavoud, T. Becker, T. Hu, S. Olthof, K. Meerholz, L. Hoffmann, T. Gahlmann, R. Heiderhoff, M. F. Oszajca, N. A. Luechinger, D. Rogalla, Y. Chen, B. Cheng, T. Riedl, Nature Communications 2017, 8, 13938.
[7] N. Mallik, J. Hajhemati, M. Frégnaux, D. Coutancier, A. Toby, S.-T. Zhang, C. Hartmann, E. Hüsam, A. Saleh, T. Vincent, O. Fournier, R. G. Wilks, D. Aureau, R. Félix, N. Schneider, M. Bär, P. Schulz, Nano Energy 2024, 109582.

Activités

Nous recherchons un excellent candidat en doctorat pour renforcer le consortium sur le développement, la caractérisation et l'intégration des intercouches dans les cellules solaires à pérovskite complètes. L'accent sera mis sur la synthèse des couches et l'analyse des propriétés fondamentales de l'interface en association avec l'absorbeur photoélectrique de pérovskite. Dans ce projet, vous réaliserez la déposition d'oxydes métalliques directement sur la pérovskite pour finalement produire des oxydes multicouches qui nous permettront d'affiner les propriétés optiques, électriques et chimiques. Ces oxydes métalliques serviront de référence et de point de comparaison pour les nouveaux matériaux ALD non oxydes, en particulier les sulfures et les nitrures, en tant qu'intercouches alternatives. Enfin, nous aborderons l'objectif de croissance des intercouches inorganiques par MLD. Le but de ce projet de thèse est de produire des couches homogènes, denses et conformes à basse température (150C) directement sur les couches actives de pérovskite sans induire de réactions chimiques nuisibles avec les halogénures métalliques hybrides (MHP) adjacents. Pour relever ce défi scientifique, les mesures en laboratoire seront complétées par des expériences dans des installations synchrotron. Les résultats de ces mesures seront accompagnés de modélisations pour faciliter des mesures fiables in situ et operando avec ce système de mesure couplé.
Financé par le projet bilatéral franco-allemand de l'ANR ALSATIAN, le projet de thèse est hébergé à l'Institut Photovoltaïque d’Ile de France (IPVF) et intégré dans une collaboration entre l'Institut Lavoisier de Versailles (ILV), l'Université de Rennes ainsi que l'Université de Wuppertal et le Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) en Allemagne. Bien que vos principales activités de recherche se déroulent à l'IPVF, vous aurez accès aux infrastructures du consortium, y compris de courts séjours de recherche dans les instituts partenaires.

Compétences

• Diplôme de Master en chimie physique, science des matériaux ou domaines connexes
• Solide connaissance des méthodes expérimentales de croissance et de caractérisation de films minces
• La connaissance de la spectroscopie optique et photoémission est un atout
• Fort intérêt pour l'expérimentation sur des installations sous vide et la caractérisation des matériaux
• Bonne maîtrise de l'anglais et compétences en communication
• Esprit curieux pour explorer l'inconnu et acquérir de nouvelles compétences expérimentales
• Expérience dans la fabrication de dispositifs optoélectroniques et de nanomatériaux est un plus

Contexte de travail

L'Institut Photovoltaïque d'Île-de-France (IPVF) est un centre de recherche mondial dans le domaine de l'énergie solaire photovoltaïque, constitué de partenaires internationaux de l'industrie photovoltaïque (EDF, Total, Air Liquide, Horiba et Riber) et d'équipes de recherche universitaires et académiques (CNRS, Ecole Polytechnique). L'objectif principal de l'IPVF est d'augmenter la performance et la compétitivité des cellules solaires et de développer de nouvelles technologies. Cette approche comprend
- Un programme de recherche dédié couvrant les aspects fondamentaux de la science des matériaux jusqu'aux solutions technologiques intégrées.
- Des laboratoires équipés pour la recherche de pointe sur les dispositifs et les matériaux photovoltaïques.
- Un programme d'enseignement encourageant les étudiants en master et en doctorat et des séries de séminaires.