Architectures radiales à base de nanofils de ZnO pour des applications photovoltaïques

par Romain Parize

Thèse de doctorat en Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie

Sous la direction de Vincent Consonni et de Estelle Botzung-Appert.

Le président du jury était Daniel Lincot.

Le jury était composé de Fannie Alloin, Guylaine Poulin.

Les rapporteurs étaient Bruno Masenelli, Gilles Lérondel.


  • Résumé

    L'énergie solaire représente un énorme potentiel pour la production d'électricité. Les recherches dans ce domaine se sont donc accélérées au cours des dernières années; en particulier le développement de matériaux semiconducteurs non-toxiques pouvant être élaborés par une technique bas côut et facile de mise en oeuvre telle que les croissances en chimie liquide. C'est dans ce contexte que l'oxyde de zinc (ZnO) prend une place de plus en plus importante au sein des laboratoires de recherche.Cette thèse a été effectuée dans plusieurs buts. Le premier était d'améliorer notre compréhension des mécanismes mis jeu lors de la croissance de nanofils de ZnO par dépôt en bain chimique, et notamment le rôle des précurseurs chimiques introduits dans le bain. Par la suite, des études morphologiques et du recuit de cristallisation de couches minces de TiO2 et de Sb2S3 déposées sous forme de coquilles sur les nanofils de ZnO par ALD, SILAR et pyrolyse d'aérosol se sont révélées primordiales pour l'élaboration de cellules solaires composées d'hétérostructures à base de nanofils de ZnO/TiO2/SB2S3. Dans ce type de cellule le ZnO joue le rôle de conducteur d'électrons alors que le TiO2 passive les états de surface des nanofils de ZnO et les protège. Le Sb2S3, quant à lui,absorbe les photons du spectre solaire et produit des excitons pour la création de courant.Ces hétérostructures sont élaborées pour la toute première fois et n'ont jamais été rapportées dans la littérature. Un rendement de photoconversion de 2,3% a été déterminé. Cette valeur est encourageante pour la suite des études et représente le premier rendement efficace pour ce type d'hétérostructures très prometteuses.

  • Titre traduit

    Core-shell heterojunction based ZnO nanowires for photovoltaic applications


  • Résumé

    Solar energy has a huge potential for the futur electricity generation. The research in this area is therefore accelerating these last years; Especially, the development of non-toxic semiconductor materials, which can be elaborated by a low-cost and easy-to-use techniques such as growths in liquid chemistry. In this context, zinc oxide (ZnO) has become increasingly important in research laboratories.This thesis has been carried out for several purposes. The first was to improve our understanding of the mechanisms involved in the growth of ZnO nanowires by chemical bath deposition, and, in particular, the role of chemical precursors introduced into the bath. Subsequently, morphological studies and crystallization annealing studies of TiO2 and Sb2S3 shells deposited on ZnO nanowires by ALD, SILAR and spray pyrolysis are found to be essential for the preparation of heterostructures based on ZnO nanowires/TiO2/SB2S3 for solar cells. In this kind of cell, the ZnO is the electron conductor, whereas the TiO2 passivates the surface of the ZnO nanowires and protects them. The Sb2S3 absorbs the photons of the solar spectrum and produces excitons for the creation of current.These heterostructures are elaborated for the first time and have never been reported in the literature. A photoconversion efficiency of 2.3% was determined in this manuscript. This value is encouraging for the next studies on these materials and represents the first effective efficiency for this kind of promising heterostructures.


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