Description du sujet de thèse

Cette thèse vise à élaborer et à caractériser des films minces de matériaux transparents conducteurs de type p pour applications dans le photovoltaïque. Elle se déroulera sur deux sites : l’Institut Jean Lamour (UMR CNRS 7198) à Nancy et le laboratoire ICube (UMR 7357) à Strasbourg. Deux matériaux seront étudiés au cours de ce travail doctoral : l’iodure de cuivre (CuI) à Nancy et l’oxyde d’étain dopé à l’azote (SnOx:N) à Strasbourg. Pour ces deux matériaux transparents et conducteurs, devant présenter un type p, l’objectif de la thèse sera d’étudier les relations entre les conditions de synthèse et les propriétés optoélectroniques. L’ensemble des techniques de caractérisation des couches minces disponibles dans les deux laboratoires sera mise en œuvre pour l’optimisation des performances des matériaux. Les films les plus performants seront déposés sur des cellules solaires fournies par un partenaire du projet ANR.
Afin de participer de manière significative à la limitation du réchauffement climatique, les capacités de production annuelles des modules photovoltaïques (PV) doivent atteindre des valeurs aussi élevées que 3 TeraWatt (TW) au cours de la prochaine décennie. Alors que la technologie PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) domine actuellement l'industrie photovoltaïque, de nouvelles technologies de cellules solaires telles que les hétérojonctions en Si, les dispositifs de type TOPCon, le tandem Pérovskite/Si, entrent sur le marché et permettent d'améliorer l'efficacité. Ces nouvelles technologies utilisent généralement des électrodes métalliques à base d'argent (Ag) et des couches d'oxyde d'indium-étain (ITO). Cependant, en raison des ressources In et Ag limitées, leur présence pose des problèmes majeurs pour le déploiement nécessaire à l’échelle TW. Plusieurs approches intéressantes à « TRL élevé » pour les réductions d’Ag et d’In ont été explorées au cours des dernières années. Cependant, les taux de progression de ces développements incrémentaux sont loin d’être conformes au déploiement à l’échelle TW susmentionné et peuvent également soulever des problèmes environnementaux.
L’Institut Jean Lamour et le laboratoire ICube sont engagés dans un programme de recherche (ANR) d’envergure avec 7 autres partenaires afin de proposer de nouvelles solutions pour la substitution de l’argent et de l’indium dans les cellules solaires. En tant que doctorant(e) dans ce projet, vous participerez, en collaboration avec les 7 autres partenaires, au développement de nouvelles solutions pour réduire l’impact environnemental de la production des futures cellules solaires.

Contexte de travail

L’Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine. Il est rattaché à l’Institut de Chimie du CNRS. Spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre les champs suivants : matériaux, métallurgie, plasmas, surfaces, nanomatériaux, électronique.
L'IJL compte 263 permanents (30 chercheurs, 134 enseignants-chercheurs, 99 IT-BIATSS) et 394 non-permanents (182 doctorants, 62 post-doctorants / chercheurs contractuels et plus de 150 stagiaires), de 45 nationalités différentes. Il collabore avec plus de 150 partenaires industriels et ses collaborations académiques se déploient dans une trentaine de pays.
Son parc instrumental exceptionnel est réparti sur 4 sites dont le principal est situé sur le campus ARTEM à Nancy.
ICube est un laboratoire mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Strasbourg. Il est rattaché aux instituts Ingénierie et Sciences informatiques du CNRS. Le laboratoire est composé de 17 équipes réparties en 4 départements suivant les disciplines fondamentales du laboratoire (informatique, imagerie et robotique, électronique et photonique, mécanique). ICube compte plus de 700 membres et dispose de 7 plateformes technologiques de premier plan en imagerie et robotique médicale, internet des objects, télédétection, matériaux photovoltaïques, bioinformatique, biomécanique et traitement de l’eau.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

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Informations complémentaires

Les candidats doivent être titulaires d’un Master en Science des Matériaux ou en Physique des Matériaux ou en Chimie des Matériaux. Une expérience antérieure en élaboration ou en caractérisation des couches minces est la bienvenue.
Expérience requise : techniques de dépôts de couches minces par PVD, caractérisation optique et électrique de matériaux, solaire photovoltaïque.
Les candidats doivent être capables de rédiger des documents scientifiques en anglais. Une bonne rédaction technique et une bonne expression orale sont requises en anglais.
Les 36 mois de thèse seront répartis pour moitié à Nancy puis pour moitié à Strasbourg