Influence des effets plasmiques et photoniques sur la photoconversion dans les cellules solaires à puits quantiques et en photocatalyse

Le but de cette thèse a été de développer plusieurs approches pour améliorer la compréhension du processus de transfert d’électrons au sein de semi-conducteurs structurés ou pas et couplés à des boites quantiques ou à des nanostructures plasmoniques résonnantes dans l’UV-Visible. La conversion de l'énergie lumineuse dans des cristaux photoniques à base de TiO2 et en présence de boites quantiques de type CdTe a été explorée. En particulier, une amélioration significative du photocourant a été observée grâce notamment à la formation d’une coquille en CdSe qui améliore la stabilité photochimique du CdTe. Parallèlement, des nanoparticules d’or (NPOs) ont été fabriquées par dépôt physique en phase vapeur (DPV) sur un nanofilm de TiO2 cristallin. L'incorporation des NPOs a diminué la génération de photocourant par le TiO2 sous irradiation UV. Pour tenter de comprendre ce comportement, d'autres études ont été effectuées en couplant différentes tailles de NPOs avec des nanocristaux de ZnO. Des effets d’exaltation de la photoluminescence et d’inhibition de la photocatalyse ont été observés en fonction de la taille et de la quantité de NPOs introduites. Finalement, des NPs d’aluminium ont été synthétisées par DPV suivi d’un recuit thermique dans une atmosphère contrôlée. Ces NPs ont été couplées à un nanofilm de TiO2 avant d’étudier la performance catalytique du système hybride sous lumière UV, en présence du bleu de méthylène. Le couplage résonnant au sein du matériau hybride Al/TiO2 a permis notamment d’améliorer le taux de dégradation du bleu de méthylène sous excitation UV.This thesis investigated several approaches in order to improve the fundamental understanding of the electron transfer between quantum dots, metallic nanoparticles and large band semiconductors, through light trapping mechanisms in photonic architectures and plasmonic structures. Enhancement in light energy conversion in titanium dioxide (TiO2) photonic crystals relative to nanocrystalline TiO2 sensitized with Q-CdTe was investigated. In particular, additional gain due to the growth of type II QCdTe/CdSe was observed in selenide electrolyte. As an alternative approach, gold nanoparticules made by physical vapor deposition (PVD) and thermal annealing were coupled to a thin layer of TiO2. Photoelectrochemical measurements showed a decrease in the photocurrent generation from titanium dioxide under UV excitation. To understand this behavior, further studies were performed by coupling different sizes of gold nanoparticles with ZnO nanocrystals as a UV photocatalyst. This coupling achieved a photoluminescence enhancement and affected the photocatalytic degradation of methylene blue, depending on the size and loading quantity of gold nanoparticles. Finally, aluminum nanoparticles done by PVD and thermal annealing under controlled atmosphere were coupled to TiO2 thin film and their photocatalytic activity was investigated. Enhancement of the catalytic activity was observed due a resonant coupling between aluminum nanoparticles and TiO2 under UV excitation