Thèse en cours

Développement de films minces et de cellules solaires à pérovskite halogénées déficientes en plomb et en iodure
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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 04/01/2023. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Liam Gollino
Direction : Thierry Pauporté
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Chimie Physique
Date : Inscription en doctorat le
Soutenance le 04/01/2023
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche de Chimie Paris
Equipe de recherche : Matériaux pour la Photonique et l’Opto-Électronique (MPOE)
établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)
Jury : Président / Présidente : Ilaria Ciofini
Examinateurs / Examinatrices : Thierry Pauporté, Thierry Toupance, Christophe Tenailleau, Nicolas Mercier
Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Toupance, Christophe Tenailleau

Résumé

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Au cours de cette décennie, les cellules solaires à pérovskites (CSP) se sont imposées comme une technologie extrêmement prometteuse pour concurrencer les cellules solaires en silicium. Cependant, les CSPs souffrent d’une toxicité inhérente à la présence de plomb ainsi que d’une forte instabilité. Dans cette thèse, nous avons développé la préparation de couches minces pour les CSPs d’une nouvelle famille de pérovskites : les d-HPs (pour « Lead – and Iodide – Deficient Halide Pérovskites) afin de réduire leur teneur en plomb et d’améliorer leur stabilité. Le chapitre I présente le contexte dans lequel s’inscrit cette thèse, le fonctionnement d’une CSP ainsi qu’une revue détaillée de l’état de l’art sur la substitution du plomb par d’autres éléments moins toxiques. Le chapitre II présente l’ensemble des optimisations apportées au système d-MAPI-HEA (pérovskite MAPbI3 déficiente avec cation hydroxyethylammonium HEA+). Le Chapitre III montre l’étude de la pérovskite d-FAPI-TEA (pérovskite FAPbI3 déficiente avec cation thioethylammonium TEA+), qui démontre une stabilité bien supérieure comparée à la pérovskite FAPbI3 classique. Dans le chapitre IV, après avoir constaté une forte hystérèse au sein des deux pérovskites précédentes, nous révélons, à l’aide de mesure GD-OES (Glow-Discharge Optical Emission Spectroscopy) la coexistence de la migration des iodures et des ions TEA+ au sein de la même pérovskite. Le phénomène est interprété par la présence de canaux de migrations à l’intérieur des d-HPs permettant une migration plus aisée des cations caractéristiques des d-HPs. Cette étude révèle un problème qui semble intrinsèque aux d-HPs. Au chapitre V, nous introduisons un nouveau dication, le 2-propanol 1,3-diammonium (DAP2+) permettant de fabriquer la d-HP d-MAPI-DAP. Cette pérovskite a atteint une efficacité record pour les d-HPs de 13% et une stabilité élevée. Enfin, dans le chapitre VI, nous dévoilons deux nouvelles pérovskites : d-MAPI-EA et d-FAPI-Cyst basées sur les cations ethylammonium EA+ et cystaminium Cyst2+.