Enhancing Perovskite Solar Cells Through Upconversion Nanoparticles Insertion Mathilde Schoenauer
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Enhancing perovskite solar cells through upconversion nanoparticles insertion Mathilde Schoenauer To cite this version: Mathilde Schoenauer. Enhancing perovskite solar cells through upconversion nanoparticles insertion. Materials. Sorbonne Université, 2018. English. NNT : 2018SORUS369. tel-02865362 HAL Id: tel-02865362 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02865362 Submitted on 11 Jun 2020 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. Doctoral School Physique et Chimie des Matériaux (ED 397) LPEM, ESPCI Enhancing Perovskite Solar Cells Through Upconversion Nanoparticles Insertion THESIS In order to obtain the title of Philosophiæ Doctor of Sorbonne Université Specialty: Material Sciences By Mathilde Schoenauer Sebag Directed by Zhuoying Chen and Lionel Aigouy Publically defended on the 28/09/2018 in front of a jury composed by: Mrs Christel Laberty-Robert President of the jury LCMP, UPMC Mrs Emmanuelle Deleporte Reviewer LAC, ENS Cachan Mr Antonio Garcia-Martin Reviewer IMN, CSIC Mr Artem A. Bakulin Member of the jury Imperial College London Mr Lionel Aigouy Ph.-D. Supervisor LPEM, ESPCI Mrs Zhuoying Chen Ph.-D. Director LPEM, ESPCI Acknowledgments There are many people my gratitude goes to. Starting with Zhuoying, who showed strong motivation where I could be lacking of it, and who taught me how to seek for interesting results where all I could see was wasted time! Wherever my professional path takes me, I will try to adopt her determination and her skill to focalize and fix one thing at a time. Lionel has been during these three years a joyful and nevertheless scientifically solid base on which I was grateful to rely in the hopeless moments. The cocktail I shall drink for the next years, made by Lionel: a powerful mix of slyness and handy skills, being serious and playing down at the same time ! My gratitude goes to our team which also counts Laurent, with whom it was a pleasure to work and chat, Hengyang, with whom we shared synthesis secrets, Hungju (Mr Simulation!), for his holy help and whom I thank for the norwegian dreams drifting across our discussions, as well as Cyrine, Tingting and Gabriel. This work would be much diminished without the help of Zhelu, whose kindness is one of the most sincere one I have ever seen. An inspiring balance between hard worker and world curious. I would like to thank the team in Chimie Paris we had the chance to work with, Patrick and Karmel. Tough though interesting doubting mornings are part of a research’s life! Big thank also to Zhipeng Shao for his precious help on perovskite fabrication. I had the chance to share my office with Silvanna, whose passionnate debates on italian traditions or plays or books brought my thoughts in some fresh nest before diving back in the inextricable science, Huyen and Jonathan. I am also thanking all the others students in the lab, passed or present: Louiza, Nathalie, Lorenzo, Marie, Anne, Fatimata, Alexis, Eva, Clément, Manon, Marion, Alex, François, Paul, Thomas, Robin and Joujou. Je voudrais également remercier Marie-Claude, pour les joyeuses et artistiques discussions, ainsi que Sophie. Francis, toujours très disponible et serviable, m’a beaucoup aidé et je lui souhaite le tour du monde qu’il mérite. Je remercie Armel, dont les bonnes ondes ne font qu’à peine finir de s’estomper, Bruno Bresson, pour son aide au MEB et sa bienveillance, et Hervé Aubin et Cheryl Palma-Feuillet pour leur aide également au MEB. Les observations au TEM n’auraient pas été faisables sans la disponibilité et la gentillesse de Tianzhen, et l’utilisation de l’évaporateur du LPEM m’a été accordée avec élégance par Stéphane Holé. Je tiens également à remercier l’équipe du plateau technique de l’IPGG, Olivier, Guillaume et Guillaume. Merci à Nicolas Sanson, Thomas, Sandrine et Nicolas Lequeux, qui à 4 m’ont apporté un indispensable éclairage quant à la magie des nanobâtonnets. Merci également à Kamran, pour ses encouragements et les fenêtres ouvertes sur des étendues désertiques et autres récits, et Yannick de Wilde pour avoir eu confiance en une chimiste. La vie au labo n’aurait été sans commune comparaison si l’équipe de choc Réré-Wiwi-Dada avait manqué à l’appel. Merci à Rémi, un homme sans pareil, avec qui il est toujours agréable de plonger dans une piscine, à Dada, qui sait offrir les meilleures pauses café que l’univers ait songé à créer, sans parler des résolutions de problèmes physiques, et bien sûr Herr Rischau, mit wem reden heisst fliessen, über Wahrheit und Rationalität. I am profoundly thankful to Ni Zhao and her team to have welcomed me in CUHK, in particular Jason Cao and Yang Zhou who spent extra time with me at the lab to form me. The discussions with Yang were of precious help for the understanding of the complexity of perovskite material and of Chinese culture. I would also like to thank the team in Madrid Antonio and Maria, as well as the team in Cambridge, Jiangbin and Artem. Je remercie l’équipe du Laboratoire de Physique Expérimentale de Centrale Supélec composé de Gloria et Franz, et mes collègues doctorants-enseignants Cyrille et Delphine. L’enseignement y a été un grand plaisir. Il existe des professeurs, disseminés ici et là dans les universités les lycées les collèges les écoles, qui ont conféré une certaine magie à la physique et la chimie, grâce à leur talents de conteurs modernes, ou bien qui ont encouragé ma curiosité. Je leur adresse une pensée : de Mr Sabban à Mr Barbet- Massin, de Ludovic Tortech à Didier Gourier, dont la pédagogie n’a d’égale que la passion pour son domaine, Mr Nasset (1ere), la toute première professeure de Physique-Chimie à Epin dont le nom m’échappe, à Madame Delay (CP), merci à Mr Barboux, et aux coffrets pour chimistes en herbes des années 60 glanés chez Emmaus. Je voudrais remercier le monsieur de la sécurité dont je ne connais toujours pas le prénom malgré nos longues discussions sur Baden Baden ou l’impunité, et le personnel du ménage, qui travaille discrètement à ce que nos poubelles soient vidées. Merci au SDF Brice qui dort dans la rue derrière l’ESPCI et qui vend des livres d’histoires et qui en a toujours de bonnes à raconter (des histoires). Merci à l’école républicaine, bien que l’égalité des chances ait encore du chemin devant elle. I would like to thank things and immaterial things, which have participated to my comfort and my fulfilment during those years: la route des thés pour les voyages orientaux que ses saveurs parfumées m’ont permis de réaliser tout en restant dans le 5e arrondissement, le mug dont l’imperfection rend le contact réconfortant, la boulangerie Morange de la rue mouffetard pour les pains au chocolat succulents, ainsi que les artistes qui m’inspirent et grâce auxquels une journée pluvieuse à l’ESPCI à taper un manuscrit peut se transformer momentanément et aléatoirement en souk, en salle à la population exigeante, en marathon plein d’adrénaline, en voyage à bord d’un taxi brousse malien, en chevauchée mongole, en pub british, en arène antique : Bambooman, Joni Void, Boston 168, Verdi, Matmos, Ali Farka Touré, Ballaké Cissoko, Leopold Nord, Roman Fluegel, , Liu Fang, Francis Bebey, Oumou Sangaré , Huun Hur Tu, Matthew Herbert, Dakha Brakha, Tosca, Tinariwen… Merci aux arbres supports de ce manuscrit. Et ceux qui font, ont fait et feront qui je suis. Mes partenaires musicaux : Olivier, Guigui, Marc, Tony, Stefan, Tom, Min-Jung. Mention pour celui qui a en partie réveillé tout cela (et pour son inspirante approche), Fred ! Et Théis pour sa savante lanterne. Merci à Alister pour m’avoir passé le pied à l’étrier de la MAO, pour l’olivier qui nous survivra. L’impro Erard, qui a vu le jour en même temps que ce travail, pour leur énergie et leur malice, pour les moments sur scène, autant ceux où l’on brille que ceux on l’on choie piteusement, et pour ceux à venir : Debbie, Lucille, Momo, Auré, Faysal, Tom, Matthieu, Adibou, Paul R et Paul B, Raph, Geoffrey, Maxime, Simon, Théo, Cécile, Sylvain, Guillaume, Caroline et Clément. Ma vie théâtrale fut également marquée pendant ces 3 ans par mon passage chez la compagnie des Gens Pensent Pas Moins dont je tiens à saluer les membres inspirés ! La famille a deux noms, et je tiens à saluer tous les cousins pour ces moments où l’on n’a plus à rien prouver : Gohu, Timothée, Jérôme, Banal, Maxime, Benoit, Toux, Nayan, Phosfaure, Deub, Manillas et Yomgui. Je voudrais aussi remercier mon grand ami petit, Jugurtha, empereur de l’émerveillement et qui représente une base si solide qu’elle en devient piédestal, et Rémi pour sa sage légèreté. I need to thank those who boost my summers and make winter shorter by invading my space and thoughts with exotic memories and languages, Katya, Henry, Dan, Martin, Josh, Sam, Elsa, Paul Seelman, le grand Gaspard, Brandon, Pat le roi, and Miki. Les camarades chimistes, Brice, Caroline, Thomas, Mathilde, Florian, Marie, Mylord, je les salue et lève mon bécher à leur santé. Je voudrais remercier les amis « non groupés » pour l’enchantement qu’ils me procurent, les histoires qu’ils me racontent, les progrès qu’ils m’aident à faire, pour les conversations, les désaccords et la fourberie dont ils sont capables, merci à vous Capucine, Irène, Sophie, Hugo Partouche, Eliott, Elliot et Clara, Arthur et Zoé, Esther, Robin.