Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Couches de transport d'électrons“

La chiralité n’est pas spontanément associée au magnétisme. Toutefois, l’étude des couches magnétiques épaisses de quelques atomes a mis en évidence une chiralité dans l’arrangement des moments magnétiques. On décrit ici comment cette chiralité provient des interfaces et dérive d’un effet relativiste, le couplage spin-orbite entre le spin des électrons et leur mouvement. Ce couplage chiral est mis en évidence dans le déplacement des parois magnétiques, mais aussi dans le transport des électrons. Ces deux effets sont mis à profit actuellement pour de nouveaux dispositifs d’électronique de spin.

Dans cet article, nous présentons la nouvelle génération de cellules photovoltaïques à base de matériaux pérovskite. Différents paramètres influent sur les performances des cellules tels que l’architecture, le type du matériau utilisé pour la couche active, les techniques d’élaboration et de préparation des différentes couches. Le précurseur utilisé dans la préparation de la couche de transport d’électrons dioxyde de titane TiO2 influent sur le rendement des cellules. L’utilisation de l’oxyde de graphène comme couche de transport de trous améliore le rendement et la stabilité des cellules, de nouvelles architectures d’électrode sont proposées. Le travail de sortie du graphène GR peut être contrôlé par variation de la concentration d’un dopant chimique, tel que le tri-chlorure d’or, AuCl3 et le bore. Un rendement de 15.77 % est obtenu en dopant le graphène par 10 mM de AuCl3. Cette couche dopée est utilisée comme couche protectrice, elle permet d’améliorer l’efficacité de conversion et la stabilité des cellules. Le dopage de la couche pérovskite avec le bromure de cuivre améliore aussi le rendement des cellules.

Cette étude a pour objectif d'identifier les facteurs qui influencent la contamination des eaux de pluie par les produits phytosanitaires. Cinq sites contrastés ont été choisis de manière à être représentatifs des zones de productions légumières ou de plein champs et à couvrir les différents modes de contamination des précipitations. Il s'agit des sites de l'Ile de Ouessant, Landivisiau, Plouay, Ploufragan et Rennes. Les évènements pluvieux collectés sont choisis en fonction des caractéristiques de formation de la perturbation et du calendrier des épandages de pesticides. Par ailleurs, les concentrations rencontrées pour le site de Rennes en 2000 (année très humide) ont pu être comparées à celles obtenues lors d'une étude conduite en 1996 sur un site proche mais pour des conditions climatiques plus habituelles (année humide à sèche). Les analyses sont réalisées par extraction en phase solide suivie d'une analyse en chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse, ou par détection azote-phosphore spécifique (NPD) ou détection par capture d'électrons pour les composés halogénés (ECD). Dans ces deux derniers cas, la confirmation de l'identité des produits est réalisée par un système de double colonnes. Sept évènements pluvieux distincts ont été collectés et analysés entre les 15 mars et 15 juillet de l'année 2000. Parmis les produits recherchés six molécules sont régulièrement retrouvées : l'atrazine et son métabolite la déethylatrazine (DEA), l'alachlore, le lindane (gamma HCH) et son isomère le béta HCH ainsi que la desméthryne. Nous avions déjà des observations analogues à l'issu de nos premières investigations de 1996. Les analyses réalisées ont montré l'existence d'une contamination chronique du compartiment atmosphérique par l'atrazine et la DEA pour les zones sous influence agricole. Les niveaux de concentrations rencontrés sont faibles, de l'ordre de 10 ng/L. A ce bruit de fond s'ajoutent en période de traitement, des transferts depuis les parcelles traitées qui conduisent à des valeurs beaucoup plus élevées (de 0,1 à 0,7 µg.L-1). La détection de l'alachlore et de la desmethryne est limitée aux périodes d'application de ces produits. Du lindane, et dans un cas son isomère le béta-HCH, ont pu être mis en évidence sur quelques prélèvements, traduisant une contamination chronique du compartiment aérien due à la rémanence de ce type de composés. Les concentrations dans les pluies, pour un site donné, sont très dépendantes de la pluviométrie. Alors qu'en année de pluviosité normale (1996), les concentrations en période d'application sont élevées, elles restent faibles pour une année humide (2000). Pour s'affranchir de l'effet de dilution, nous avons calculé des retombées massiques (mg.ha-1) pour les deux périodes de collecte de 1996 et 2000. Les résultats de 2000 restent malgré cela très inférieurs à ceux de 1996 (d'un facteur quatre environ). Les surfaces emblavées et les différences d'usage entre les deux années sont trop faibles pour expliquer les écarts obtenus. Ceci nous permet de conclure que c'est l'intensité des transferts sol-air qui détermine les niveaux de contamination de l'atmosphère. L'humidité élevée des sols, pour une année humide, favorise la migration verticale des produits phytosanitaires dans les couches inférieures, réduisant ainsi les concentrations de pesticides susceptibles d'être transférés vers le compartiment aérien.

Le texte présenté expose: a) les dispositifs ayant servi a l'élaboration en ultra-vide de couches minces d'alliages Au-Cr (épaisseur de 500 a à 3500 a, concentration de 10 % Cr à 50 % Cr) et à leur étude structurale et électrique; b) les résultats se rapportant a l'investigation cristallographique et aux propriétés de transport (conductivité, thermoélectricité, et effet hall); c) le système de coévaporation asservie, à commande numérique assure aux couches formées un profil de composition uniforme, reproduite avec une bonne résolution; performance s'avérant possible dans le cas d'alliages dilués par l'adoption d'une configuration spatiale appropriée des émetteurs et récepteurs des flux évaporants; d) la mise au point de l'interfaçage entre un microordinateur et un appareil de mesure précise de variations de résistance et de f. E. M. Thermoélectrique permet leur acquisition et leur traitement d'une façon conviviale et rapide. Au plan des résultats concernant nos couches, on note que: a) il se produit une cristallisation en une solution solide cubique a faces centrées pour des teneurs en chrome allant jusqu'a 50. %; b) l'évolution résistive typique en fonction de la température, observée à l'état massif pour la structure verre de spins ne se manifeste ici que dans une gamme restreinte de fortes concentrations (40 % Cr) en raison de la présence vraisemblable de clusters antiferromagnétiques; c) le pouvoir thermoélectrique de l'alliage comportant 38 % Cr passe de valeurs positives a des valeurs négatives lorsque la température augmente; d) le coefficient de hall constant de 100 k a 573 k change de signe pour une teneur en chrome voisine de 65 %; e) la réalisation de transducteurs extensométriques se révèle plausible du fait d'un coefficient de jauge voisin de 2 et d'un coefficient de température de l'ordre de 10#-#5 pour certaines compositions

Les travaux presentes dans ce memoire modelisent au moyen de membranes ultraminces bimoleculaires, la conversion d'energie lumineuse realisee au cours des etapes primaires de la photosynthese (absorption de photon et transferts d'electron). Nous avons etudie deux centres photosynthetiques modeles qui ont montre une aptitude plus ou moins marquee a assurer un transfert photoinduit d'electrons transmembranaire. Le premier est une supermolecule constituee d'un assemblage de quatre plans porphyrines (tetramere). Le deplacement d'electron intramoleculaire se fait a la suite d'une photooxydation interfaciale de l'une des porphyrines terminales du tetramere, c'est-a-dire, celle en regard de la phase aqueuse acceptrice. Le second modele fait appel aux fullerenes qui peuvent s'assembler au cur des membranes ultraminces en microagregats de quelques molecules. Les membranes photosensibilisees par des fullerenes ont montre, un bon rendement de transfert photoinduit d'electron. Nous avons pu montrer que les flux electriques photogeneres n'ont pratiquement aucune contribution ionique et que l'etat triplet photoexcite du fullerene intervient de facon majoritaire dans ces processus. Des mesures de durees de vie de fluorescence ont permis d'acceder a la constante de vitesse du transfert photoinduit d'electron a partir de l'etat singulet excite, qui peut etre egalement responsable du transfert d'electron, mais, dont la contribution dans ce processus est minoritaire. Ces proprietes de photoconduction de films ultraminces ont pu etre transposees dans le cas des fullerenes a des membranes epaisses polymeres. Les resultats, obtenus avec ces membranes, nous ont conduits a proposer le meme mecanisme que celui evoque pour les bicouches lipidiques: des films ultraminces se forment dans la porosite du polymere support et acquierent ainsi une stabilite mecanique plus importante, ainsi qu'une duree de vie tres nettement accrue

L'intérêt éveillé par les cellules solaires à base de pérovskite dans la communauté photovoltaique (PV) est allé grandissant ces 10 dernières années, dû notamment aux excellentes propriétés opto-électroniques de ces matériaux, à la diversité de leurs applications potentielles et à leur attractivité économique.Cette technologie est attendue sur le marché du PV d'ici 2023, mais certains défis tels que la stabilité des cellules ou le passage à l'échelle industrielle restent à relever afin de garantir son industrialisation.Une stratégie consiste à optimiser les couches extractrices de charge qui doivent garantir une bonne sélectivité vis-à-vis des porteurs de charge et assurer une bonne interface avec la pérovskite.Le dépôt chimique en phase vapeur à flux alternés (Atomic Layer Deposition - ALD) est une méthode de dépôt industrielle permettant la synthèse de nombreux matériaux.Les films minces déposés par ALD sont denses, homogènes, sans piqûres, conformes, et leur épaisseur et leur composition peuvent être contrôlées à l'échelle nanométrique.L'ALD apparait donc comme un candidat idéal pour déposer ces couches extractrices de charge.Cette thèse s'est intéressée au développement et à la caractérisation de divers oxydes par ALD.Le SnO2 et le TiO2 ont été développés à l'Institut Photovoltaïque d'Île-de-France (IPVF) à partir de deux procédés pour chaque matériau.A partir des caractérisations des couches minces obtenues, un procédé a été retenu pour chaque matériau en vue d'une intégration dans un dispositif PV en tant que couches inorganiques extractrices d'électrons.L'intégration d'une couche compacte de TiO2-ALD (15 nm) dans une architecture mésoporeuse a été démontrée, et ses propriétés comparées à la couche compacte standard déposée par pyrolyse d'aérosol.Des efficacités de conversion similaires de 19% ont été montrées, ainsi qu'une meilleure homogénéité engendrant une meilleure reproductibilité des résultats; ce moyen de dépôt est maintenant utilisé pour les cellules de référence à l'IPVF.L'intégration du SnO2-ALD est aussi présentée.Une couche de 10 nm de SnO2 a montré des efficacités moyennes dues à un déficit dans le facteur de forme.L'ajout d'une couche organique a résolu ce problème et a permis d'atteindre des performances de 16%.Enfin, la modification de ZnO-ALD par des dérivés de l'acide phosphonique a été étudiée.L'organisation des molécules à la surface du ZnO, puis leur effet sur la croissance de la pérovskite ont été détaillés, mais les résultats de cellules complètes restent très faible
Perovskite solar cells have sparked a large interest in the photovoltaic community in the last 10 years due to their expedient optoelectrical properties, their vast scope of applications and their economical attractiveness.They are expected to reach the market by 2023, but challenges have to be tackled first, among which upscale and stability issues.To do so, a strategy is to work on the charge transport layers.They need to ensure a high selectivity towards one charge carrier, and have a good interface.Atomic layer deposition is an industrial deposition technique which allows for the synthesis of a large variety of materials.ALD layers are dense, homogeneous, conformal, pinhole-free and their thickness and composition can be controlled at the nano-scale.ALD hence appears as an ideal candidate to deposit the charge extraction layers.This thesis focuses on the development and on the characterization of various oxides by ALD.SnO2 and TiO2 have been developed at the Institut Photovoltaïque d'Île-de-France (IPVF) with two different processes for each material.Their properties in regard of an integration in perovskite solar cells as inorganic electron transport layers have been explored, and one process for each material has been chosen.The advantageous integration of a 15 nm-thick ALD-TiO2 layer has been demonstrated as compact blocking layer in a mesoporous architecture, and compared to a blocking layer deposited by spray pyrolysis.Similar power conversion efficiencies (PCE) up to 19% have been achieved, with a higher homogeneity of the ALD layer leading to a better reproducibility of the results now used in the baseline production at IPVF.The integration of ALD-SnO2 in planar structures is also discussed.The 10 nm-thick layer alone was found to give mediocre efficiencies due to a lack of fill factor.The addition of an organic interlayer solved this issue allowing for PCE up to 16%.Finally an analysis of the interface between ALD-ZnO modified by phosphonic acid derivatives and a perovskite absorber is proposed.The organization of the molecules at the surface of ZnO and their impact on the perovskite have been determined, but the performances of full devices are poor

Les travaux de la thèse ont porté sur l'étude, la réalisation, la caractérisation et la modélisation de films 2D à base de nanotubes de carbone. Dans le premier chapitre nous avons présenté des généralités sur les nanotubes de carbone. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux jonctions nanotube-nanotube et plus particulièrement à la modélisation du transport dans les différents types de jonction (M/M), (M/SC) et (SC/SC). Avec le deuxième chapitre nous avons entamé l'étude des films 2D à base de nanotubes de carbone. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés au transport électrique dans ces structures fortement inhomogènes, en particulier en décrivant les modèles analytiques rendant compte du phénomène de percolation tant au niveau de la conductance que du bruit en 1/f. La seconde partie du chapitre est entièrement consacrée à la fabrication et la caractérisation physico-chimique des films 2D L'objectif principal du troisième chapitre est la modélisation des films 2D de nanotubes de carbone. Par rapport aux autres modèles utilisés dans la littérature, le modèle développé dans cette partie est le seul à prendre en compte la nature physique de chaque jonction tube-tube : (M/M) ou (M/SC) ou (SC/SC). Notre modèle prend ainsi en compte les non linéarités des jonctions. La résolution numérique de ce système est optimisée : i) en utilisant la technique MNA, technique dont le principe consiste à linéariser chaque dipôle du circuit. ii) en parallélisant les calculs sur un cluster informatique d'une centaine de cœurs. Pour le calcul du bruit la même technique est utilisée mais avec, dans ce cas, l'utilisation de la méthode du réseau adjoint. Dans le quatrième chapitre, nous avons, dans un premier temps, présentés et analysés nos résultats expérimentaux concernant la mesure de la conductance et du bruit en 1/f. Quelles que soient les conditions de dépôt nous avons toujours observé un comportement de type percolation au niveau des grandeurs mesurées, conductance et niveau de bruit en 1/f. Nous avons utilisé les paramètres d'ajustement des lois de percolation pour comparer et analyser nos résultats. Il en ressort que l'impact du surfactant sur l'homogénéité de la solution, se retrouve au niveau des résultats électriques des couches déposées, montrant l'avantage d'utiliser du sel biliaire. Quant à l'influence de la densité des tubes, comme attendu, la conductance augmente avec celle-ci. Par contre nous avons remarqué que le bruit en 1/f était beaucoup plus sensible à ce paramètre, avec en particulier un changement significatif au niveau des paramètres de percolation en bruit mis en évidence à forte densité de nanotubes. La deuxième partie de ce chapitre est dédiée à la simulation des paramètres électriques de nos structures expérimentales. Nous avons paramétré l'énergie et la largeur des barrières de potentiel entre chaque jonction. Ces paramètres sont ajustés à partir des résultats expérimentaux et sont fonction de la nature du surfactant. Les résultats de ces simulations concernant la conductance et le niveau de bruit en 1/f s'accordent avec les mesures et dans tous les cas les lois de percolation macroscopique sont respectées, ce qui valide nos modèles ainsi que la possibilité d'intégrer de façon réaliste la différence structurale des surfactants. Pour rendre compte de la déviation de la loi macroscopique de percolation du bruit en 1/f, observée sur les films déposés à partir de solution à forte densité de surfactant, nous avons au niveau des simulations introduit et modulé le nombre d'amas (clusters) de nanotubes en fonction de la densité des couches. Là encore le bon accord observé avec les résultats expérimentaux nous permet de valider la présence d'inhomogénéités dues aux clusters de nanotubes dans nos dépôts
In this thesis we have focused on the fabrication, the characterization, and the modeling of 2D films based on carbon nanotubes.In the first chapter, we have presented general informations on carbon nanotubes. Then we are interested in the nanotube-nanotube junctions and particularly the modeling of transport in different types of junction (M/M), (M/SC) and (SC/SC).In the second chapter we have presented a study of 2D films based on carbon nanotubes. At first we present the electrical transport in these structures strongly inhomogeneous, especially in describing the analytical models accounting for the percolation phenomenon both in the conductance and 1/f noise. The second part of the chapter is devoted entirely to the manufacture and physico-chemical characterization of 2D films.The main objective of the third chapter is the modeling of 2D films of carbon nanotubes. Compared to other models described in the literature, the model developed in this section is the only one that take into account the physical nature of each tube-tube junction (M/M) or (M/SC) or (SC/SC). Our model takes into account the junction nonlinearity. The numerical solution of the system is optimized: i) using the MNA technique whose principle is to linearize each dipole in the circuit. ii) parallelizing computations on a computer cluster of a hundred core. For the noise simulation, the same technique is used but in this case, we have used the adjoint network method. In the fourth chapter, we have, at first, presented and analyzed our experimental results for conductance and 1/f noise. Whatever the deposition conditions we always observed a percolation-like behavior of our results. We used the fitting parameters of the percolation laws to compare and analyze our results. It appears that the impact of the surfactant on the homogeneity of the solution is found in the electrical measurement results of deposited films. As for the influence of the density of the tubes, as expected, the conductance increases with the increase of nanotubes density. We noticed that the 1/f noise was much more sensitive to this parameter, with in particular a significant change in the noise percolation parameters revealed at high density of nanotubes. The second part of this chapter is dedicated to the simulation of the electrical parameters of our experimental structures. These parameters are adjusted on the basis of experimental results and are based on the nature of the surfactant. The results of these simulations for the conductance and 1/f noise agree with measurements and in all cases the macroscopic percolation laws are respected, which validate our models. To bring to the fore the deviation from the noise percolation law observed in films deposited from solution with a high density of surfactant, we have introduced in our simulated structures a number of clusters of nanotubes according to the density of the deposited layers. Once again we observed a good agreement with the experimental results allowing us to validate the presence of clusters of nanotubes in our deposited films

Ce manuscrit présente les résultats d'études expérimentales de quelques phénomènes supraconducteurs liés à la dimensionnalité réduite du système. Tout d'abord, la réalisation d’un dispositif expérimental destiné à mesurer les propriétés de transport électronique de couches minces et ultra-minces in-situ sous UHV est présentée. La méthode est validée par l’étude des propriétés de transport électronique de couches ultra-minces de NbN dont l’épaisseur et le désordre sont variés in-situ par pulvérisation cathodique (ions d’Ar). Deuxièmement, les supraconducteurs ultimes - des couches mono-atomiques de Pb et de Pb/Au sont élaborées sur Si (111) sous UHV; leurs propriétés locales et globales sont étudiées in situ en utilisant respectivement la microscopie et spectroscopie tunnel à balayage et le dispositif de mesures de transport électronique à basse température. Le rôle des atomes d'Au dans les propriétés supraconductrices est révélé. Troisièmement, le diagramme de phase de la nouvelle classe de supraconducteurs ferromagnétiques lamellaires EuFe 2 (As 0.79 P 0.21) 2 est exploré; des expériences de microscopie à force magnétique sont présentées. Deux nouvelles phases quantiques - état Meissner et état de vortex structurés en domaines sont découvertes. Un nouveau phénomène - la nucléation des paires vortex-antivortex à l'intérieur du matériau est observé
This manuscript presents the results of experimental studies of several superconducting phenomena related to the reduced dimensionality. First, an in-UHV set-up for measuring in-situ electronic transport properties of ultrathin films is realized. It is validated by studying transport properties of ultrathin films of NbN whose thickness and disorder are varied in-situ by Ar-ion sputtering. Second, ultimately thin superconductors - atomic layers of Pb and Pb/Au are grown on Si(111); their local and global properties as studied in-situ using, respectively, the Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy and the electron transport set-up at low temperatures. The role of Au atoms in the superconducting properties is revealed. Third, the phase diagram of the new class of layered ferromagnetic superconductors EuFe 2 (As 0.79 P 0.21) 2 is explored; Magnetic Force Microscopy experiments are provided. Novel quantum phases – Domain Meissner State and Domain Vortex state are discovered. A new phenomenon - the nucleation of vortex-antivortex pairs inside the material is demonstrated

Trois types des ETLs ont été développés et étudiés dans cette travaille comme une photoélectrode dans la cellule solaire à colorant (DSSC). Ils sont composés de (1) deux types de nanoparticules de TiO2-brookite, (2) le composite d'anatase et graphène et (3) la nanoparticule de ZnO qui a nanobâtonnet structure, respectivement. Toutes photoélectrodes sont préparées par le technique « doctor blade ». La morphologie des photoélectrodes ont été caractérisées par microscopie électronique à transmission (MET) et microscopie électronique à balayage (MEB). Les épaisseurs de couche sont mesurées en utilisant la profilométrie. Pour les films caractérisations structurelles, une haute résolution diffractomètre à rayons X a été utilisée. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et micro-Raman ont été effectués pour vérifier la préparation composite TiO2_Gr. Les propriétés des films optiques ont été enregistrées avec un spectrophotomètre équipé d'une sphère d'intégration de techniques. Les performances de cellules ont été obtenues en mesurant les courbes IV des cellules sous illumination calibré. Pour atteindre une compréhension profonde du fonctionnement de la cellule, la spectroscopie d'impédance (IS) technique a été étudiée sur une grande gamme de potentiel appliquée. En faisant est l'étude, la structure électronique, porteurs de charge à vie (tn), le transport / heure de collecte (ttr) et les paramètres de transport d'électrons des couches ont été déterminées. L'étude soin de leurs propriétés a révélé non seulement leurs avantages mais aussi leur limitation. Cette information sera bénéfique comme une considération pour les travaux futurs
Three kinds of ETL have been developed and studied in this present work as a photoelectrode in DSSC. Those composed of (1) two kinds of TiO2-brookite nanoparticles, (TiO2_B1 and TiO2_B2), (2) the composite of anatase and graphene (TiO2_Gr) and (3) the nanorods like ZnO nanoparticles (ZnO_NR), respectively. All photoelectrode are prepared by doctor blading technique. The morphology of photoelectrodes have been characterized using transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The layer thicknesses were measured using profilometry. For the film structural characterizations, a high-resolution X-ray diffractometer was used. The Fourier transform infrared (FTIR) and micro Raman measurement have been carried out to verify the TiO2_Gr composite preparation. The optical film properties (total transmission and total reflection) were recorded with a spectrophotometer equipped with an integrating sphere techniques. The cell performances were obtained by measuring the I-V curves of the cells under calibrated illumination. To achieve an in-deep understanding of the cell functioning, the impedance spectroscopy (IS) technique has been studied over a large applied potential range. By doing IS study, the electronic structure, charge carrier lifetime (tn), transport/collection time (ttr) and electron transport parameters of the layers have been determined. The carefully study of their properties has revealed not only their advantages but also their limitation. This information will be beneficial as a consideration for the future work

Dans cette thèse de doctorat, je me suis concentré sur l'optimisation et les stratégies concernant la couche de transport d'électrons (ETL), la couche active à base de pérovskite hybride et leurs interfaces dans les cellules solaires fonctionnelle,de pérovskite. En ce qui concerne l'étude des ETL, j'ai réalisé deux travaux : l'un porte sur la comparaison d'une architecture simplifiée de cellules solaires planaires à base de pérovskite sans ETL avec celle d'un ETL plan en TiO2 (décrit au chapitre 2) ; un autre travail porte sur la comparaison des cellules solaires à base de pérovskite avec des nanocolonnes de Ti02(NA) orientées à celles comportant simplement une ETL de TiO2 plane et non nanostructurée (chapitre 3). Lors des recherches sur la couche active de pérovskite, la pérovskite à cations mixtes et aux halogénures mixtes a été utilisée,dans trois axes de travail distincts. J'ai tout d'abord optimisé et maximisé la taille des grains de la couche active de pérovskite (chapitre 2). Ensuite, j'ai étudié des films de pérovskite hybride nano-structurés et leur amélioration au niveau de la collection de la lumière (chapitre 6). J'ai aussi étudié les propriétés thermiques des films minces de pérovskite à cation mixte et j'ai notamment déterminé leur conductivité et leur diffusivité thermique. L'étude contribue à comprendre leur meilleure stabilité thermique par rapport aux pérovskite à base d'iodure de plomb de méthylammonium (MAPbI3) (voir chapitre 4). Enfin, j'ai étudié les méthodes de passivation pour atténuer la recombinaison de la charge interfaciale et pour améliorer la stabilité des cellules solaires de pérovskite (chapitre 5)
In this Ph.D. thesis,I have been focused to investigate optimizations and strategies concerning the electron transportlayer (ETL),the hybrid perovskite active layer, and their interfaces in functional perovskite solar cells. On the investigatior of ETLs, I have performed two works: One is on the comparison of a simplified ETL-free planar perovskite solar cells,architecture to that with a planar TiO2 ETL (described in Chapter 2); Another work is on the comparison of perovskite,solat cells with well-oriented one-dimension TiO2 nanocolumn (NA) ETL to those with a planar TiO2 ETL (Chapter 3).On,the investigations of the perovskite active layer, mixed-cation and mixed-halide perovskite was applied into three,relevant works: (1) I optinized and maximized the grain size of the perovskite active layer (Chapter 2); (2) I studied nano-,structured hybrid perovskite fims and their light-harvesting enhancement (Chapter 6): (3) I investigated the thermal,properties of mixed-cation perovskite thin films to understand their improved thermal stability compared to,methylammonium lead iodide (MAPbi3) perovskite (Chapter 4). In addition, I studied passivation methods to alleviate the interfacial charge recombination and to improve the stability of perovskite solar cells (chapter 5)

De nombreux systèmes modelés ont été développés, depuis quelques années, pour comprendre les aspects structuraux et fonctionnels des membranes biologiques. Ainsi, les couches de phospholipides supportées sur des substrats solides sont des modèles dynamiques de plus en plus utilisés, notamment pour les mesures de diffusion latérale des constituants membranaires. Ce travail propose l'adaptation et l'utilisation des techniques électrochimiques pour l'étude des propriétés structurales et dynamiques d'un système biomimétique. Le système d'étude est une électrode microstructurée composée d'un film d'oxyde d'aluminium microporeux recouvert d'or à une extrémité. Les monocouches de lipides sont formées par adsorption et fusion de vésicules de phospholipides sur la surface des pores alkylée en présence d'octadecyltrichlorosilane. Les caractéristiques structurales et dynamiques du système sont déterminées par voie électrochimique (voltamètrie cyclique et chronocoulométrie) en utilisant l'octadecylmethylviologene comme sonde électroactive. Nous avons ainsi pu mettre en évidence la diffusion latérale de molécules en deux dimensions. Un transporteur naturel d'électrons, l'ubiquinone, a été incorporé dans la monocouche de lipides. Il est alors possible de montrer que la diffusion des transporteurs d'électrons est mesurable par voie électrochimique sans marquage préalable de la molécule. L'électrocatalyse enzymatique bidimensionnelle permet de mettre en évidence l'insertion de la pyruvate oxydase d'escherichia coli dans la structure. Le courant catalytique obtenu reflète la diffusion latérale de l'ubiquinone, sa régénération électrochimique et la réaction catalytique entre l'ubiquinone et la pyruvate oxydase. Nous montrons ainsi qu'il est possible de faire évoluer le système vers des niveaux de complexité supplémentaire.

À l’heure où la miniaturisation électronique atteint ses limites, une meilleure compréhension du transport quantique à travers des systèmes de dimensionalité réduite, dans lesquels l’interaction entre électrons ne peut plus être ignorée ou même traitée comme une perturbation, devient primordiale. La description théorique du transport électronique dans de tels systèmes est de fait un des problèmes majeurs de la physique mésoscopique actuelle. Le traitement correct des corrélations introduites par l’interaction est un problème extrêmement non-trivial et malgré les nombreux travaux entrepris dans cette thématique et les résultats accumulés, beaucoup reste à faire pour réellement comprendre les effets des corrélations dans les nano-systèmes. L’approche retenue dans cette thèse consiste à simuler sur ordinateur des modèles physiques simplifiés et à se limiter à des tailles suffisamment petites pour pouvoir faire un traitement numérique exact. Le but est de mettre en évidence les mécanismes qui prennent place dans ces modèles et qui peuvent être similaires à ceux qui apparaissent dans les systèmes réels. En calculant numériquement (à l’aide de la technique de diagonalisation exacte de Lanczos) la statistique des niveaux d’énergie multi-particules, nous avons étudié les effets combinés du désordre et de l’interaction dans les systèmes bidimensionnels. Alors que l’interaction diminue les corrélations spectrales et donc augmente la localisation des électrons (caractère isolant) dans le régime de faible désordre, un comportement non-monotone apparaît dans le régime de fort désordre. Dans ce régime, alors que les électrons sont déjà localisés par le désordre, une interaction modérée a un effet délocalisant. Cette conclusion est confirmée par une étude de la structure des fonctions d’onde multiparticules. L’effet de délocalisation peut être compris comme résultant de réorganisations de charge dues à une compétition entre le désordre et l’interaction pour établir la structure de l’état fondamental. Nous nous sommes également intéressé à l’influence des corrélations sur la conductance des boîtes quantiques. Pour calculer numériquement la conductance en prenant en compte toutes les corrélations, nous avons utilisé une méthode récemment développée : la méthode de la boucle, utilisant un code basé sur l’algorithme DMRG. La généralisation de la méthode à des systèmes inhomogènes a permis d’étudier l’effet d’une tension de grille sur la conductance d’une chaîne en interaction. Bien que le couplage entre la chaîne et les fils jouant le rôle de réservoirs soit parfait dans notre modèle, nos résultats numériques, étendus par une étude analytique dans la limite de forte interaction, montrent que le blocage de Coulomb apparaît sous l’effet des corrélations. L’existence de ce blocage de Coulomb en l’absence de barrières de potentiel constitue le résultat le plus important de cette thèse. Enfin, nous avons aussi travaillé au développement de la méthode de la boucle pour des systèmes avec spin. Introduire ce degré de liberté est bien évidemment souhaitable en vue d’améliorer le réalisme des modèles étudiés. Les premiers résultats que nous avons obtenus montrent que la méthode est toujours valable pour ces systèmes.

Ce travail de cette thèse présente les études sur l'influence du nouveau dégrée de liberté quantique, causé par le couplage tunnel entre les couches, sur les propriétés de transport des multi-puits quantiques dans un champ magnétique, à basse température, et sous irradiation micro-ondes. De nouvelles oscillations de résistance sont observées dans les systèmes d’électrons bi- et multicouches. Elles résultent d'une interférence entre les oscillations entre les sous-bandes et les oscillations induites par les micro-ondes. Des états à résistance nulle apparaissent lorsque les systèmes bicouches de haute qualité sous irradiation micro-ondes même en présence d’une diffusion additionnelle. Le mécanisme inélastique de la photorésistance est la contribution dominante à basses températures et sous un champ électronique modéré. Ce modèle confirme l'intégrité des estimations théoriques pour le temps de relaxation inélastique et mène à une explication satisfaisante de la photorésistance dans les systèmes d’électrons bi-et multicouches. Dans un champ magnétique intense, la suppression de l’effet tunnel entre les couches provoque des nouveaux états corrélés à cause d’une interaction électron-électron entre les différentes couches. Dans cette thèse, les systèmes électroniques tricouches, formés par de triples puits quantiques révèlent de nouveaux états de l’effet Hall Quantique fractionnaire si l’effet tunnel est supprimé par une composante parallèle du champ magnétique aux très basses températures (mK)
This work is devoted to the investigation of the influence of the additional quantum degree of freedom caused by tunnel coupling on transport properties of multilayer electron systems in magnetic fields, at low temperatures and under microwave excitation. Microwave-induced resistance oscillations in bi- and multilayer electron systems are the consequence of an interference of magneto-intersubband and microwave-induced resistance oscillations which leads to peculiar oscillations in magnetoresistance. High-quality bilayer systems exposed to microwave irradiation exhibit zero-resistance states even in the presence of intersubband scattering. The inelastic mechanism of microwave photoresistance is found to be the dominant contribution at low temperatures and moderate microwave electric field. This model confirms the reliability of theoretical estimates for the inelastic relaxation time and leads to a satisfactory explanation of photoresistance in bi- and multilayer electron systems. In high magnetic fields, the suppression of tunnelling between layers causes new correlated states owing to electron-electron interaction in neighboured layers. In this thesis, trilayer electron systems formed by triple quantum wells reveal new fractional quantum Hall states if tunnelling is suppressed by a parallel component of the magnetic field at mK temperatures