Analyse des défauts électriquement actifs et des mécanismes limitant les performances de cellules solaires tandem à base de pérovskite. // Analysis of electrically active defects and mechanisms limiting the performance of tandem solar cells based on perov

L'intégration de nouveaux matériaux avec des propriétés contrôlées à l'échelle nanométrique représente un défi d'ampleur pour les dispositifs émergents de la microélectronique et des énergies renouvelables. La maitrise des interfaces entre matériaux de fonctionnalité diverses, l'impact prépondérant des effets de surface sur des dispositifs à forte densité sont autant de sources de défauts à l'origine de dysfonctionnements qu'il convient d'analyser.

Les techniques de caractérisation des défauts électriquement actifs reposent sur des techniques spectroscopiques telles que l'admittance ou la DLTS (deep level transient spectroscopy). Ces techniques ont été mises en œuvre pour l'analyse des défauts dans le volume des matériaux semiconducteur ou à l'interface isolant/semiconducteur. La technique DLTS basée sur un transitoire de capacité permet d'atteindre un seuil de détection de défauts très élevé (10^5 par rapport au niveau de dopage) et permet une identification précise des niveaux profonds (énergie d'activation, section de capture, profil de densités de défauts…).

Le contexte général de cette thèse est d'adapter ces techniques conventionnelles aux problématiques spécifiques des nouveaux dispositifs de la microélectronique. L'accent sera mis sur de nouvelles architectures de cellules photovoltaïques dite tandem. Aujourd'hui, les cellules solaires silicium représente 96% du marché photovoltaïque avec des rendements de conversion de puissance allant jusque 22% pour les modules commerciaux et 26 ,7% pour les cellules solaires record en recherche, proche de la limite théorie de Shockley-Queisser (29,4%). Par ailleurs l'accroissement rapide de l'efficacité des cellules pérovskites organiques-inorganiques (PK) ces dernières années a conduit fortement à l'intégration de ces matériaux comme cellules supérieures dans les configurations tandem. et a ainsi permis de dépasser la limite de Shockley-Queisser.

L'objectif de la thèse sera de parvenir à une modélisation du comportement de la cellule solaire intégrant l'effet des défauts électriquement actifs identifiés par l'analyse expérimentale et de proposer des solutions technologiques en vue de l'optimisation de ces architectures de ces composants.
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The integration of new materials with controlled properties at the nanoscale represents a major challenge for emerging devices in microelectronics and renewable energies. The control of the interfaces between materials of various functionality and the predominant impact of surface effects on high-density devices are all sources of defects that should be analyzed.

The techniques for characterizing electrically active defects are based on spectroscopic techniques such as admittance or deep level transient spectroscopy (DLTS). These techniques have been implemented for the analysis of defects in the bulk of semiconductor materials or at the insulating/semiconductor interface. The DLTS technique based on a capacity transient allows to reach a very high fault detection threshold (10^5 compared to the doping level) and allows an accurate identification of deep levels (activation energy, capture section, defect density profile...).

The general context of this thesis is to adapt these conventional techniques to the specific problems of new devices of microelectronics. The focus will be on new tandem photovoltaic cell architectures. Today, silicon solar cells account for 96% of the photovoltaic market with power conversion yields as high as 22% for commercial modules and 26,7% for record research solar cells, close to the limit of Shockley-Queisser theory (29.4%). Moreover, the rapid increase in the efficiency of organic-inorganic (PK) perovskite cells in recent years has strongly led to the integration of these materials as top cells in tandem configurations, and thus exceeded the Shockley-Queisser boundary.

The objective of the thesis will be to achieve a modeling of the behavior of the solar cell integrating the effect of electrically active defects identified by the experimental analysis and to propose technological solutions for the optimization of these architectures components.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://croma.grenoble-inp.fr/

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

220 EEATS - Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal

Etudiant- Etudiante en Master 2: Physique des composants semiconducteurs ou physique de l'état solide
- Goût pour le travail expérimental - Bonne maitrise de l'anglais scientifique - Autonomie et capacité à travailler en équipe