Growth and properties of LnVO₃-type perovskites in thin layers for solar photovoltaics
Croissance et propriétés de pérovskites de type LnVO₃ en couches minces pour le solaire photovoltaïque
Résumé
These thesis works deal with the study of the orthovadanate compounds LaₓVᵧO₃ then more generally on LnVO₃ thin films (where Ln = La, Ce, Pr, Nd and Sm) which seem promising for solar photovoltaic. After a research of the ideal synthesis parameters, the systems were synthesized under the form of thin films by magnetron sputtering of vanadium and lanthanide in a reactive gas mixture (Ar + O₂) followed by an ex-situ annealing in a reducing gas mixture (Ar + H₂). The first part of this thesis is focused on the study of lanthanum orthovanadates LaₓVᵧO₃ for which the lanthanum over vanadium atomic ratio (La/V) is different from the stoichiometric mixture. The morphological, structural, optical and electronic properties of the samples were studied and mainly, it is possible to demonstrate the existence of a growth window of the La / V ratio making it possible to obtain only the LaVO₃ perovskite without other parasitic phases such as lanthanum or vanadium oxides. The second part of the work relates to the development and the study of lanthanide orthovanadates LnVO₃ (where Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm). Differences in structural, electronic and optical properties have been observed and in the different cases, these dissimilarities have been linked to the modification of the rare earth ionic radius within the perovskite structure. For the LnVO₃ films, electrical measurements under solar simulator made it possible to demonstrate a photoconductive nature of the synthesized samples.
Ces travaux de thèse ont porté sur l’étude des orthovanadates LaₓVᵧO₃ puis plus généralement sur la série de composés LnVO₃ (où Ln = La, Ce, Pr, Nd et Sm) dont l’utilisation pour le solaire photovoltaïque semble prometteuse. Après avoir recherché les paramètres idéaux, ces derniers ont pu être élaborés sous forme de couches minces par pulvérisation cathodique magnétron de vanadium et de lanthanide dans un mélange gazeux réactif (Ar + O₂), puis par recuit ex-situ dans un mélange gazeux réducteur (Ar + H₂). La première partie de la thèse se centre sur l’étude des orthovanadates de lanthane LaₓVᵧO₃, pour lesquels le rapport atomique lanthane sur vanadium (La/V) est différent du mélange stœchiométrique. Les propriétés morphologiques, structurales, optiques et électroniques des échantillons ont été étudiées et ont notamment permis de mettre en évidence l’existence d’un encadrement du rapport La/V permettant d’obtenir uniquement la pérovskite LaVO₃, sans autre phase parasite comme des oxydes de lanthane ou de vanadium. La suite des travaux porte sur l’élaboration et l’étude des orthovanadates de lanthanide LnVO₃ (où Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm). Des différences de propriétés structurales, électroniques et optiques ont été observées et dans les différents cas, ces dissemblances ont pu être mises en lien avec la modification de la terre rare au sein de la structure pérovskite. De même, pour les films LnVO₃, des mesures électriques sous simulateur solaire ont permis de mettre en évidence un caractère photoconducteur des échantillons synthétisés.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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