Description du sujet de thèse

Contexte & motivations : Concevoir des cellules solaires à haut rendement de conversion sans augmenter significativement leur coût de fabrication est un défi majeur actuel. Une des stratégies les plus prometteuses est la réalisation de cellules solaires tandem couches minces/silicium, en tirant parti de la technologie du silicium qui est déjà industriellement mature. Cependant, des solutions novatrices sont encore nécessaires pour fabriquer des cellules solaires tandem avec des rendements > 30 % avec des procédés à faible coût et large échelle. En particulier, utiliser des structures à l'échelle nano est au cœur de la plupart des stratégies visant à améliorer l'absorption de la lumière dans les cellules solaires à simple jonction fines et ultrafines [1], mais cela fait souvent appel à des techniques de fabrication coûteuses et limitées à des petites surfaces. Dans ce contexte, il est essentiel de développer des techniques de nanostructuration à bas coût et sur grande surface compatibles avec l'intégration dans des cellules solaires tandem.

Objectifs du projet : L'objectif du projet de thèse sera double : 1) développer un procédé de nanostructuration à faible coût et large échelle et 2) explorer l'impact du désordre contrôlé sur le piégeage de la lumière dans des couches minces d'absorbeurs, avec pour objectif d'intégrer de telles surfaces nanostructurées dans des cellules solaires tandem pendant la durée de la thèse. Le principal procédé de structuration envisagé dans le projet est la lithographie colloïdale qui utilise l'auto-assemblage de colloïdes chargés sous l'effet d'interactions électrostatiques pour créer des surfaces nanophotoniques avec un désordre corrélé [2]. Cette technique est versatile, peu sensible à la topographie du substrat et permet une structuration sur une grande surface. Une forte motivation derrière le projet de thèse est d'étudier des surfaces nanostructurées avec un désordre corrélé, et en particulier hyperuniforme, qui pourraient combiner les avantages des structures périodiques et désordonnées, comme l'obtention d'une réponse optique sélective tout en offrant une haute tolérance aux défauts de fabrication.

Techniques : Le doctorant ou la doctorante travaillera à la fois sur les aspects de modélisation, de fabrication et de caractérisation. Il ou elle apprendra les méthodes de simulation optique numérique et utilisera des montages de caractérisation optique dédiés. Il ou elle sera formé(e) aux différentes techniques de micro et nano fabrication ainsi qu'aux techniques de caractérisation associées (SEM, AFM, ellipsométrie,...). Il ou elle recevra également une formation complète sur les techniques standard de salle blanche.
[1] I. Massiot, A. Cattoni and S. Collin, Nature Energy 5, 959-972 (2020).
[2] P. M. Piechulla et al., Advanced Optical Materials 1701272 (2018).

Contexte de travail

La thèse se déroulera entre le Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS-CNRS, équipe PHOTO, https://www.laas.fr/public/fr/photo à Toulouse et le Centre de Nanosciences et Nanotechnologies (C2N, équipe SUNLIT, https://sunlit-team.eu/) à Palaiseau. L'étudiant ou l'étudiante en thèse bénéficiera d'un environnement scientifique de haute qualité avec accès à des équipements de salle blanche de pointe et d'une excellente formation doctorale.

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.