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Theses

Atomic structure, electronic states and relaxation dynamics in photovoltaic materials and interfaces from photoemission-related spectroscopies

Résumé : L'efficacité du processus photovoltaïque dépend du matériau actif à travers la structure de bande et la dynamique des porteurs de charge. Dans cette thèse, nous avons relié les propriétés électroniques et la dynamique de relaxation à la structure atomique des matériaux utilisés pour deux technologies différentes de cellules solaires, celle à base d’hétérostructures de silicium, et celle à base de pérovskites hybrides organiques-inorganiques. Dans les cellules solaires de silicium, nous avons analysé l'influence des défauts sur les propriétés électroniques des hétérostructures de silicium amorphe (a-Si:H/a-SIC:H/c-Si) par spectroscopies des niveaux de coeur et de la bande de valence. En particulier, nous avons quantifié le nombre de liaisons pendantes induites dans la couche a-Si:H par irradiation, et nous avons identifié les états électroniques qui leur sont associés. Enfin nous avons expliqué les transitions précédemment observées par photoluminescence. Dans les cellules solaires à pérovskite hybride, nous avons corrélé la structure atomique, la structure électronique et la dynamique électronique pour des pérovskites bi- et tridimensionnelles. Dans ce but nous avons utilisé tout un panel de techniques complémentaires: diffraction des rayons X, spectroscopie de photoémission résolue en angle, spectroscopie de photoémission inverse et photoémission à deux photons résolue en temps. Pour la pérovskite bidimensionnelle (C₆H₅C₂H₄NH₃)₂PbI₄, nous avons déterminé expérimentalement les bandes de valence et de conduction et nous les avons comparées aux simulations de la fonction spectrale. Pour la pérovskite tridimensionnelle CH₃NH₃PbI₃, nous avons aussi déterminé les structures de bande expérimentale et simulée. Des signatures spectrales très larges ont été observées expérimentalement, ce qui relaxe les conditions de transition optique avec un impact éventuel sur l'efficacité des cellules solaires. Tant dans les expériences que dans les calculs, nous observons que le poids spectral suit une périodicité cubique alors que le système est structurellement dans une phase tétragonale. Cette contradiction apparente s'explique par la largeur spectrale des bandes, qui cache le repliement dû à la distorsion tétragonale. En ce qui concerne la dynamique de relaxation, nous avons observé que les porteurs photoexcités se thermalisent dans une échelle de temps subpicoseconde par couplage aux vibrations des cations organiques. À des échelles de temps plus longues (10~100 picosecondes), la diffusion électronique contrôle la dynamique. Cette dynamique est affectée par les défauts induits par recuit, qui localisent les électrons photoexcités pendant plus de 300 picosecondes.
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Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Thursday, July 11, 2019 - 1:03:29 AM
Last modification on : Sunday, July 5, 2020 - 3:35:47 AM

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Min-I Lee. Atomic structure, electronic states and relaxation dynamics in photovoltaic materials and interfaces from photoemission-related spectroscopies. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université Paris Saclay (COmUE), 2018. English. ⟨NNT : 2018SACLS220⟩. ⟨tel-02179632⟩

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