Irradiation ionique et auto-organisation de la matière

Abstract

The topics adressed in this manuscript deal with different uses of ion irradiation techniques for structuring and functionalizing materials. Two examples are more specifically addressed : semiconductor nanostructuration through surface self-organization process, and ordering magnetic FePt alloys, of interest for instance in magnetic data storage. New research ways address modern problems related to materials for solar energy These issues are explored with the help of optical spectrometry and ion irradiation. Firstly we studied silicon heterojunction solar cells and worked out the crystalline silicon surface passivation issue. Using ion irradiation, we introduce on purpose defects at the amorphous/crystal interface for studying the degradation of the electronic properties. We observed that moderate annealing after ion irradiation allows an improved robustness of the passivation up to 400°C. Another topic will concern defects engineering in hybrid perovskite materials with a double goal : a better understanding of the luminescence intrinsic mechanisms, intimately related to electronic processes, as well as a possible electronic doping effect through the control of point defects concentration. Therefore, my future research activities will concern the impact of defects on electronic properties and their contribution to materials science. The favored tools for that purpose will be ion irradiation and photoluminescence spectroscopyLes thématiques abordées dans ce mémoire concernent différentes utilisations de l’irradiationionique pour la structuration et la fonctionnalisation des matériaux. Deux exemples sontplus particulièrement développés : nanostructuration des semi-conducteurs, en particulier dusilicium, par auto-organisation de surface, et mise en ordre d’alliages magnétiques FePt, d’intérêtpar exemple pour le stockage magnétique de l’information. Des perspectives sont dessinéesautour de la spectrométrie optique et de l’irradiation ionique à travers des thématiques trèsactuelles concernant les matériaux pour l’énergie solaire photovoltaïque. Nous nous sommesintéressés aux cellules solaires à hétérojonction a-Si :H/c-Si et à la question de la passivationde surface du silicium cristallin que nous avons pu aborder sous l’angle de l’irradiation ionique.Nous introduisons délibérément des défauts à l’interface amorphe/cristal pour étudierla dégradation des propriétés électroniques des cellules. Nous avons pu mettre en évidence uneffet intéressant des recuits à température modérée (250-400°C) qui permettent d’améliorer lapassivation du c-Si et sa tenue en température. Une autre approche concerne l’ingéniérie desdéfauts dans les perovskites hybrides avec un double objectif : une meilleure compréhensiondes mécanismes intrinsèques de luminescence, et donc des propriétés électroniques, ainsi qu’unpossible effet de dopage électronique de ces matériaux. L’orientation qui se dessine donc pourmes futures activités de recherche concernera le rôle des défauts et leur apport en science desmatériaux. Les outils privilégiés seront l’irradiation ionique et la spectrométrie de photoluminescence