Chantal KARAM
a soutenu sa thèse le 22 septembre 2017 à l’Université Libanaise, Beyrouth, Liban.
Elaboration et caractérisation des structures coeur-coquille à base de nanofils de ZnO pour des applications photovoltaïques
Préparée au sein de l’école doctorale Sciences chimiques Balard (ED 459) et de l’unité de recherche – Institut Européen des Membranes (UMR 5635)
Spécialité : Chimie et physicochimie des matériaux
devant le jury composé de :
- M. Houssam El-Rassy, Pr, Université Américaine de Beyrouth – Rapporteur
- M. Lionel Santinacci, Pr-HDR, Centre interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille – Rapporteur
- Mme Laurence Latu-Romain, HDR, Institut polytechnique de Grenoble – Examinateur
- Mme Nancy Zgheib, DR, Université du Saint Esprit Kaslik – Examinateur
- M. Mikhael Bechelany, Chargé de recherches, IEM – Encadrant
- M. Antonio Khoury, Pr, Université Libanaise – Encadrant
- M. Philipe Miele, Pr-HDR, IEM – Directeur de thèse
- M. Roland Habchi, Pr, Université Libanaise – Directeur de thèse
Résumé :
Le but de cette thèse était de fabriquer des structures coeur / coquille à base de nanofils d’oxyde de zinc (ZnO) pour des applications en photovoltaïques principalement, et ensuite pour des détecteurs UV. Des réseaux de nanofils de ZnO de dimensions contrôlées ont été synthétisés en utilisant la méthode d’électrodéposition de ZnO (ECD). Nous avons également synthétisé des oursins organisés à base de nanofils de ZnO (U-ZnO NWs) en combinant les méthodes de nanostructuration de surface (autoassemblage de sphères de polystyrène), dépôt de couche atomique (ALD) et ECD de ZnO. Plusieurs approches concernant le contrôle des dimensions de ces nanofils ont été envisagées. Les diamètres, la densité et la morphologie de ces nanofils ont été ajustés soit en modifiant les diamètres des sphères utilisés soit en modulant les paramètres expérimentaux durant la déposition (ALD et/ou ECD). Des monocouches et des multicouches de U-ZnO NWs de longueur variant de 750 nm jusqu’à 1500 nm ont été obtenus dans une large gamme de diamètre (57-170 nm). Ces matériaux ont été utilisés pour la construction de cellules solaires à colorant (DSSC) à base de réseaux de nanofils et des U-ZnO NWs, recouverts de couches minces d’oxyde de titane (TiO2) par dépôt de couches atomiques (ALD). Des rendements de conversion solaire de 2% ont été atteints, sachant que le ZnO absorbe seulement dans l’UV. Ces matériaux ont été également utilisés pour la construction de cellules solaires de type II formés des U-ZnO NWs recouverts de couches d’oxyde de cuivre (Cu2O) de différentes épaisseurs par ECD. Les effets de la morphologie et des dimensions des nanofils et des U-ZnO NWs sur la diffusion de la lumière et la performance électronique des dispositifs ont été étudiés. Des capteurs d’ultraviolet ont été testés en utilisant les nanofils et les U-ZnO NWs. Une amélioration significative de la performance et de la stabilité en matière de détection UV a été observée en utilisant ces nanostructures de ZnO. Cela est dû à l’augmentation de la surface active offerte par les nanofils et les U-ZnO NWs en comparaison avec la performance obtenue avec les couches minces de ZnO. Finalement, une bioélectrode à base de nanofibres de polyacrylonitrile (PAN) recouverts par une couche d’or a été préparée pour la réduction électrochimique du CO2 en biocarburants utiles. L’électrode de PAN / Or a été préparée en utilisant une méthode de synthèse basée sur l’électrofilage suivi d’une pulvérisation d’Or. Une amélioration significative de l’activité électrochimique et de la stabilité de la bioélectrode a été observée.
Mots-clés : ZnO, cellule solaire, nanofils, TiO2, piles à combustibles
