CNRS/ILV – Stage – Application du couplage XPS / GD-OES sur des cellules solaires complètes : Focus sur les interfaces HTL et ETL / Perovskite F/H

03/11/2022

Fonction :                 Stagiaire

Contrat :                   Convention de stage

Prise de poste :       01 février 2023

Durée contrat :       6 mois

Lieu de travail :       ILV – CEFS2 – 45 avenue des États-Unis, Bâtiment Lavoisier 78035 Versailles Cedex

Formation :              Bac+5 (Master 2)

 

IPVF – Institut Photovoltaïque d’Île-de-France

L’institut Photovoltaïque d’Île-de-France, institut pour la transition énergétique créé en 2013, est un pôle scientifique et technique dédié à la recherche et au développement de technologies solaires. Sur son site situé à Paris-Saclay, il fédère son propre personnel, des salariés de ses partenaires et ceux des sociétés extérieures. L’IPVF a pour ambition de devenir l’un des principaux centres mondiaux de recherche, d’innovation et de formation dans le domaine de la transition énergétique.

L’IPVF a pour objectif premier d’améliorer les performances et la compétitivité des cellules photovoltaïques et de développer des technologies de rupture en s’appuyant sur quatre leviers :

• Un programme de recherche ambitieux ;
• L’accueil, sur son site de Paris-Saclay, de plus de 200 chercheurs et de leurs laboratoires ;
• Une plateforme technologique de pointe (8 000 m²) ouverte aux acteurs de la filière photovoltaïque, et regroupant plus de 100 équipements de pointe situés dans des salles blanches.
• Un programme de formation principalement fondé sur un master, l’encadrement de doctorants, et la formation continue.

 

Bref historique :

L’IPVF a été fondé en 2013 à l’initiative de l’Etat français, EDF, TotalEnergies, Air Liquide, CNRS, Ecole polytechnique, Horiba et Riber. Rassemblant plus de 150 chercheurs, notre plateforme de Paris-Saclay, d’une superficie de 8 000 m², est un guichet unique pour tous les types de recherche et d’innovation deeptech.

L’IPVF a pour objectif de rester :
• Un leader mondial de la R&D liée au photovoltaïque. en fédérant les meilleures équipes françaises dans le dans le domaine de la recherche, de l’innovation et de la production industrielle, en partenariat avec de grands instituts internationaux, notamment en Europe,
• Un leader sur le développement de briques technologiques photovoltaïques briques technologiques en cohérence avec les tendances du marché,

• Une référence dans l’envoi des concepts R&D les plus prometteurs concepts de R&D les plus prometteurs pour l’industrie.

 

CONTEXTE DU POSTE

Les cellules à base de pérovskite ont montré une grande évolution du rendement qui a augmenté de 2,2% à 25,7% entre 2006 et 2022, ouvrant une perspective intéressante pour leur commercialisation [1]. Pour pouvoir concurrencer la technologie silicium, ces cellules doivent répondre à différents critères: un rendement important, un faible coût de fabrication et une excellente stabilité. À cette fin, la recherche s’est concentrée sur l’optimisation de la structure chimique de la pérovskite pour arriver à la structure triple cationique connue sous le nom de FAMAC. De plus, il a été démontré que les propriétés aux interfaces au sein de la structure de la cellule solaire et l’optimisation de l’architecture en elle-même, en incorporant des couches transporteurs d’électrons et de trous (ETL et HTL), jouent un rôle essentiel dans l’amélioration du rendement ainsi que de la stabilité de ces dispositifs [2]. L’objectif de ce stage repose sur l’emploi de deux techniques de caractérisation, la XPS (spectrométrie photoélectronique X) et la GD-OES (spectroscopie d’émission optique à décharge luminescente) qui seront appliquées de façon couplée pour l’étude approfondie d’une cellule solaire complète à base d’une couche active pérovskite. Le focus sera mis sur la caractérisation fine des différentes interfaces, en commençant dans un premier temps par des structures simplifiées. L’objectif final sera d’étudier en particulier les interfaces HTL et ETL/Pérovskite à t0 et après vieillissement. Des travaux d’optimisation/d’adaptation des conditions opératoires de GD-OES seront menés afin de maintenir au maximum l’intégrité des informations chimiques collectées à l’aide de différents gaz plasma (Ar, Ar/O, Ne). Une optimisation des conditions de profilage XPS sera également effectuée en fonction des cas rencontrés. D’autres caractérisations structurales et optiques pourront également être réalisées afin de mieux comprendre les mécanismes de vieillissement et d’instabilité, permettant, à terme, de lever les verrous technologiques actuels. Cette méthodologie de couplage de caractérisation quantitative (XPS) et qualitative (GD-OES) est un moyen très prometteur qui a déjà été appliqué et validé sur des absorbeurs photovoltaïques tels que les couches CIGS et les matériaux III-V [3] [4].

 

[1] https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html
[2] P. Schulz et al, Chem. Rev. (2019), 119, 5, 3349-3417
[3] D. Mercier et al, Applied Surface Science, 347 (2015) 799–807
[4] S. Béchu et al, Journal of Vacuum Science & Technology B, (2019), 37, 062902

Pour plus d’information sur l’IPVF et le programme de recherche concerné :
Programme de recherche : Programme IV

 

MISSIONS PRINCIPALES

Ce stage fait partie du projet collaboratif mené entre l’IPVF (Institut Photovoltaïque d’Ile-de-France) et l’Institut Lavoisier de Versailles (Versailles), lieu où il se déroulera principalement. L’idée est ici de développer une méthodologie innovante de caractérisation des interfaces enterrées en tirant avantage de deux techniques d’analyses chimiques : la GD-OES et la XPS. La GD-OES est une technique semi-quantitative, qui permet un profilage en profondeur rapide et donc d’accéder rapidement à des zones d’intérêt spécifiques profondément enterrées. La XPS est une technique d’analyse des surfaces apportant un diagnostic sur la composition atomique et sur les environnements chimiques.
Le/la stagiaire sera formé à ces techniques et son travail portera dans un premier temps, sur l’optimisation/l’adaptation des conditions opératoires de la GD-OES sur différentes structures (structures modèles puis sur cellule complète), afin de minimiser la dégradation des informations chimiques qui sont ensuite étudiées plus finement par XPS, directement dans le cratère formé pour obtenir des données quantitatives précises mais également la nature des espèces présentes. Nous nous intéresserons plus particulièrement aux zones d’interface entre pérovskite et ETL ou HTL avec pour objectif final d’étudier par tronçons une cellule solaire complète. Des caractérisations optiques et structurelles supplémentaires seront également réalisées afin de mieux comprendre les interactions entre le plasma, les rayons X et le bombardement d’ions Ar et de valider la fiabilité de la méthode pour ensuite l’appliquer à l’étude de cellules fraichement élaborées et si possible vieillies.

 

PROFIL RECHERCHE

Compétences

– Connaissances en physico-chimie des matériaux
– Caractérisation de couches minces (sera un plus)
– Expression en publique, communication orale et rédaction

 

Savoir-être

– Capacité d’adaptation
– Travail en équipe
– Autonomie
– Sens de l’organisation

 

CONTACT

CV et lettre de motivation à envoyer à :

mirella.al-katrib@ipvf.fr 

muriel.bouttemy@uvsq.fr

Need a direct line?

Feel free to contact us for more information about our offers.

  • +33(0)1 69 86 58 60
  • contact@ipvf.fr
Contact us