Dissertations / Theses: 'Matériaux photovoltaïques'

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Aïch, Badrou Reda. "Elaboration de matériaux organiques et hybrides pour la réalisation de dispositifs photovoltaïques." Cergy-Pontoise, 2006. http://www.theses.fr/2006CERG0328.

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Abstract:

Les travaux effectués durant cette thèse concernent l’élaboration et la caractérisation de matériaux organiques et hybrides pour la réalisation de dispositifs photovoltaïques. Nous avons, dans un premier temps, synthétisés des matériaux alternés à base de pérylène et de carbazole à propriétés donneur-accepteur. Leurs caractérisations physico-chimiques et électrochimiques ont été effectuées et des dispositifs « tout-organique » de type bicouche en association avec de la phtalocyanine de cuivre ont été réalisés. Le meilleur rendement photovoltaïque obtenu est de 0,4%. Par ailleurs, nous avons préparé des couches d’oxyde de titane mésoporeux sur lesquelles est adsorbé un colorant du ruthénium. Associées à des verres moléculaires à base de carbazole transporteur de trous, ces structures hybrides permettent d’élaborer des cellules solaires « tout solide » à colorant photosensible. Un rendement de 0,1% a été atteint.

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Che, Xiaoyang. "Étude théorique de matériaux pérovskites halogénées." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S040/document.

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Abstract:

Cette thèse est entièrement consacrée à l'étude par la théorie de la fonctionnelle de la densité des composés pérovskites halogénés, matériaux prometteurs pour de nombreux domaines applicatifs. Le caractère « hybride » de ce type de matériau est illustré par différentes études de leurs propriétés structurales et électroniques. Le composé tridimensionnel MAPbBr₃ est tout d'abord présenté. Les propriétés électroniques fondamentales telles que les structures de bandes, les états de densité projetée ou les fonctions d'ondes sont discutées. De plus, l'importance du couplage spin-orbite est mise en évidence. L'analyse des symétries est appliquée pour comprendre la symétrie des états électroniques et pour interpréter les propriétés optiques des différents matériaux. Les reconstructions structurales à la surface des cristaux entraînent l'apparition d'effets Rashba-Dresselhaus. Par ailleurs les défauts de surface et leurs passivations sont également étudiés. Des travaux sur les matériaux sans plomb potentiellement moins toxiques sont proposés dans un second temps. Ces études ont pour but d'analyser leurs potentiels pour le photovoltaïque du point de vue des structures électroniques. Différentes stratégies de substitution sont envisagées allant du simple remplacement du plomb à d'autres alternatives plus élaborées comme les pérovskites doubles ou les pérovskites de basse dimensionnalité
This actual work is entirely devoted to the study of halide perovskite materials, promising materials in many fields of application, by means of the Density Functional Theory. The "hybrid" feature of this type of material is illustrated through various studies of their structural and electronic properties. The three-dimensional compound CH₃NH₃PbBr₃ is firstly presented. Basic electronic properties such as band structures, projected density of states or wave functions are discussed. In addition, the importance of spin-orbit coupling is highlighted. Symmetry analysis is applied to understand and interpret the optical properties of different materials. Structural reconstructions on the surface of the crystals lead the Rashba-Dresselhaus effects. In addition, surface defects and their passivations are also studied. Studies on lead-free materials that are potentially less toxic are proposed in a second step. These studies aim to analyze their potentials for photovoltaic devices from the point of view of electronic structures. Different substitution strategies, ranging from the simple replacement of lead to other more elaborate alternatives such as double perovskites or low-dimensional perovskites are investigated as well

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Mrazkova, Zuzana. "Modélisation et caractérisation de matériaux et nanostructures pour les applications photovoltaïques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX121/document.

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Abstract:

La recherche sur le photovoltaïque vise à réduire le prix par watt de puissance électrique générée. Des efforts considérables sont menés pour rechercher de nouveaux matériaux et des conceptions qui repoussent les limites des cellules solaires existantes. Le développement récent de matériaux et nanostructures complexes pour les cellules solaires nécessite des efforts plus importants pour mener à bien leur caractérisation et leur modélisation. Cette thèse porte sur la caractérisation optique, la modélisation et l'optimisation de la conception d'architectures de cellules solaires de pointe.Les mesures optiques sont utilisées pour la caractérisation rapide et non destructive des échantillons texturés pour les applications photovoltaïques. Les textures de surface améliorent le piégeage de la lumière et sont donc souhaitées pour améliorer les performances des cellules solaires. D'autre part, ces textures rendent la caractérisation optique plus difficile et des efforts plus importants sont nécessaires non seulement pour la mesure optique elle-même mais également pour la modélisation et l'interprétation ultérieure des données obtenues. Dans ce travail, nous démontrons que nous sommes en mesure d'utiliser des méthodes optiques pour étudier les textures pyramidales très répandues ainsi que les réseaux de nanofils de silicium à orientation aléatoire dont l'analyse est très difficile.Premièrement, nous nous sommes concentrés sur l'étude optique de diverses surfaces pyramidales et de leur impact sur les performances des cellules silicium à hétérojonction. Nous avons constaté que les angles au sommet des pyramides, préparées à l'aide de différentes conditions de texturation, diffèrent de la valeur théorique de 70.52° attendue pour le silicium cristallin. Cette modification de l'angle au sommet est expliquée par la présence, sur les facettes pyramidales, de terrasses monoatomiques régulières, observées par microscopie électronique à transmission de résolution atomique. L'impact d'une variation de l’angle au sommet sur les épaisseurs des couches minces déposées est étudié et les conséquences sur l'efficacité des cellules solaires résultantes sont discutées. Un modèle optique développé pour le calcul de la réflectance et de l'absorption des couches minces en multicouches sur surfaces pyramidales a permis l’optimisation de la conception de la cellule solaire pour un angle au sommet pyramidal donné.L'ellipsométrie matricielle Mueller a été utilisée in-situ pour caractéiser le processus de croissance - par méthode vapeur-liquide-solide activée par plasma - des nanofils de silicium. Nous avons développé un modèle optique facile à utiliser, qui, à notre connaissance, est le premier modèle utilisant des données ellipsométriques expérimentales pour contrôler le procédé de croissance, en phase vapeur-liquide-solide assisté par plasma, des nanofils. La dépendance linéaire observée du dépôt de matériau de silicium avec le temps de dépôt nous permet de suivre le processus de fabrication in situ et de contrôler la qualité du matériau
Research in photovoltaics aims at lowering the price per watt of generated electrical power. Substantial efforts aim at searching for new materials and designs which can push the limits of existing solar cells. The recent development of complex materials and nanostructures for solar cells requires more effort to be put into their characterization and modeling. This thesis focuses on optical characterization, modeling, and design optimization of advanced solar cell architectures.Optical measurements are used for fast and non-destructive characterization of textured samples for photovoltaic applications. Surface textures enhance light-trapping and are thus desired to improve the solar cell performance. On the other hand, these textures make optical characterization more challenging and more effort is required for both, the optical measurement itself and subsequent modeling and interpretation of obtained data. In this work, we demonstrate that we are able to use optical methods to study the widely used pyramidal textures as well as very challenging randomly oriented silicon nanowire arrays.At first, we focused on the optical study of various pyramidal surfaces and their impact on the silicon heterojunction solar cell performance. We have found that vertex angles of pyramids prepared using various texturing conditions vary from the theoretical value of 70.52° expected from crystalline silicon. This change of the vertex angle is explained by regular monoatomic terraces, which are present on pyramid facets and are observed by atomic resolution transmission electron microscopy. The impact of a vertex angle variation on the thicknesses of deposited thin films is studied and the consequences for resulting solar cell efficiency are discussed. A developed optical model for calculation of the reflectance and absorptance of thin film multi-layers on pyramidal surfaces enabled a solar cell design optimization, with respect to a given pyramid vertex angle.In-situ Mueller matrix ellipsometry has been applied for monitoring the silicon nanowire growth process by plasma-enhanced vapor-liquid-solid method. We have developed an easy-to-use optical model, which is to our knowledge a first model fitting the experimental ellipsometric data for process control of plasma-assisted vapor-liquid-solid grown nanowires. The observed linear dependence of the silicon material deposition on the deposition time enables us to trace the fabrication process in-situ and to control material quality

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Ouhib, Farid. "Elaboration de matériaux dérivés du polythiophène : Application aux cellules photovoltaïques organiques." Pau, 2008. http://www.theses.fr/2008PAUU3001.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse s’inscrit dans l’objectif de développer de nouveaux matériaux polymères conjugués avec un spectre d’absorption en adéquation avec le spectre solaire. Une étude bibliographique présente des généralités et des définitions relatives à l’effet photovoltaïque dans une cellule organique, ainsi que les polymères utilisés. Le fonctionnement d’une cellule et les processus physiques permettant la conversion photovoltaïque sont décrits. Plusieurs dérivés du polythiophène substitués par des groupements aromatiques ont été synthétisés. Après une caractérisation structurale complète par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), les différents matériaux ont été analysés par spectrométrie d’absorption UV-visible. Leurs propriétés thermiques ont également été étudiées par analyse thermogravimétrique (TGA) et calorimétrie différentielle programmée (DSC). Une partie de ce travail a porté sur la réalisation de cellules photovoltaïques à base des différents polymères synthétisés (donneur) en hétérojonction avec le PCBM (accepteur). A partir des résultats issus de la caractérisation des différentes cellules et de l’étude morphologique par AFM, nous avons étudié l’influence de la structure chimique, du degré de régiorégularité et es masses molaires des polymères sur les caractéristiques des cellules. Nous avons développé deux types de système double-câble donneur/accepteur, un présentant un greffage statistique du C60 sur la chaîne polythiophène et l’autre étant un copolymère à blocs. Ces deux double-câbles présentent des propriétés optiques et des morphologies différentes en film mince, comme montré par absorption UV-visible et par AFM, respectivement
The work reported here aims to develop new conjugated polymers exhibiting an absorption in a better correlation with the solar spectrum. A bibliographic review presents the background and definitions related to the photovoltaic effect in organic solar cells, as well as polymers used. The principle of a cell and photophysical processes occuring during photovoltaic conversion are presented. Several polythiophene derivatives substituted by aromatic groups have been synthesised. After a thorough structural characterisation by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), the materials were analysed by UV-visible absorption spectrometry. Their thermal properties were evaluated by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scaning calorimetry (DSC). Part of this work has focused on the preparation of photovoltaic solar cells based on the different polymers synthesised (donor) in heterojunction with PCBM (acceptor). From the results of characterisation in solar cells and the study of the morphology by AFM microscopy, we have discussed the influence of chemical structure, degree of régioregularity and molecular weights of polymers on the characteristics of the solar cells. We have developped two kinds of donor/acceptor double-cables, one presenting a statistical grafting of C60 on a polythiophene backbone and one block copolymer. These double-cables presented different optical properties and morphologies in thin films, as shown by UV-visible absorption and AFM, respectively

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Monestier, Florent. "Amélioration de l’absorption photonique dans les cellules photovoltaïques organiques." Aix-Marseille 3, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX30009.

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Abstract:

Le rendement de conversion photoélectrique des cellules photovoltaïques organiques est encore trop faible pour envisager leur production à l’échelle industrielle. La solution proposée est l’amélioration du rendement d’absorption des photons dans les couches photoactives. La première partie de ce travail à concerné le développement d’un logiciel de modélisation et d’optimisation des cellules photovoltaïques organiques. Cet outil permet d’optimiser l’ensemble des épaisseurs des couches d’une cellule classique (bicouche ou mélange) ou des cellules plus complexes (cellules tandem). Puis nous avons relié les propriétés optiques des cellules organiques à leurs propriétés électriques en calculant les densités de courant de court circuit. La validation de nos modélisations a ensuite été réalisée par comparaison avec les résultats expérimentaux. Dans la dernière partie de ce travail nous avons abordé l’étude de l’exaltation locale du champ électromagnétique via des effets de plasmons de surface
The photovoltaic conversion efficiency of organic solar cells is still too low to start their production at industrial level. In this work, we present a method to enhance photon absorption in photoactive layers. The first part of this work is focused on the development of a software for modelize and optimize organic solar cells. Based on repartition of the electromagnetic field in depth of cells, this software allows layers thicknesses optimization of «single» solar cells or multijunction solar cells like tandem cell. In the second part, we compute short circuit current densities which allows to link optical properties to electrical properties of organic solar cells. Our calculus were then validated by comparison with experimental results on bilayer heterojunction or bulk heterojonction solar cells. In the last part of this work we started a study concerning the enhancement of the localized electromagnetic field in organic layers including metallic nanoparticles (gold or silver)

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Tablaoui, Meftah. "Développement de matériaux massifs appartenant au système chalcopyrite pour des applications photovoltaïques." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10073/document.

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Abstract:

Dans le domaine du photovoltaïque, le composé Cu2ZnSnS4 (CZTS) serait une solution alternative aux composés classiques en couches minces qui sont à base d'éléments chers ou toxiques. Mise à part un gap de 1.5 eV et un coefficient d'absorption de 10-4 cm-1, il est constitué d'éléments bénins et abondants, ce qui réduira le coût de revient de la cellule finale. Il connaît un intérêt particulier et bien qu'il ait atteint un rendement de 12.6%, il demeure méconnu quant à l'effet de ses propriétés intrinsèques sur ses performances photovoltaïques. En raison de la volatilité du soufre, des déviations à la stoechiométrie peuvent être enregistrées rendant la synthèse d'un monophasé très difficile. Les phases secondaires sont difficilement inévitables, elles constituent une barrière à la formation de la phase CZTS, ce qui rend difficile la fixation du gap et augmente le taux de recombinaison des porteurs de charges. Dans le cadre de cette thèse, une série de composés CZTS a été synthétisée par réaction à l'état solide et liquide avec des excès en soufre pour compenser les pertes liées à la décomposition chimique et l'évolution de la composition dans le diagramme de phase Cu-Zn-Sn-S. L'effet du souffre sur la cristallinité, la pureté et l'ordre dans la maille a été mis en évidence. Le domaine monophasé a été déterminé et il a été montré qu'il est possible d'obtenir des composés de grande pureté. La morphologie par microscopie optique a révélé des polycristaux granulaires avec rejet des phases secondaires dans les joints de grains. Le composé Cu2ZnGeS4 (CZGS) pourrait trouver des applications dans le photovoltaïque et l'optoélectronique. L'ajout de l'étain pourrait sensiblement améliorer la cinétique réactionnelle et la cristallinité d'où l'intérêt d'étudier le composé Cu2ZnGexSn(1-x)S4 ( x=0 à 1). L'analyse cristallographique par DRX a montré une transition structurale d'une kesterite pour CZTS vers une orthorhombique pour CZGS. Le composé Cu2Zn(Ge,Sn)S4 est une solution solide avec gap de miscibilité entre 0 et 20% de germanium
In the photovoltaic field, Cu2ZnSnS4 (CZTS) compound is an alternative solution to substitute solar thin film based on toxically and expensive conventional materials. The gap of this material is around 1.5eV and absorption coefficient 10-4 cm-1, in addition this material is composed of abundant and harmless elements which will strongly decrease the price of the final cell. This material present a particular interest and in spite of the efficiency which reached 12.6%, till now this material is not well known especially the effect of its intrinsic properties on its photovoltaic performances. Because of the sulfur volatility, it is difficult to prepare single phase compound. Also, it is difficult to surmount the formation of secondary phases which are a barrier to CZTS complete reaction allowing difficulties to fix the gap and increase the recombination of carrier. In the frame of this PhD thesis, a serial of CZTS compounds has been synthetized from solid and liquid state using an excess of sulfur to compensate its volatility and the composition change in the Cu-Zn-Sn-S equilibrium diagram. We have determined the monophased field and we have shown that it is possible to obtain a compound with high purity. By optical microscopy we have observed a granular morphology composed of polycrystalline grains and the secondary phases were rejected in the grains boundary. The Cu2ZnGeS4 (CZGS) compound can be used for photovoltaic and optoelectronic applications. The addition of tin can be a good way to improve the kinetic reaction and the crystallinity of this materials, So, it is interesting to study Cu2ZnGexSn(1-x)S4 ( x=0 to 1) compound . By X ray diffraction we have shown a structure transition from Kesterite (CZTS) to orthorhombic (CZGS). The Cu2Zn(Ge,Sn)S4 compound is a solid solution with a gap miscibility between 0 and 20% of germanium

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Navarro, José Miguel. "Cellules photovoltaïques organiques transparentes dans le visible." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/829/.

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Abstract:

Dans le contexte de la production d'énergie renouvelable, les cellules photovoltaïques organiques présentent certains avantages comme un faible coût de fabrication et la possibilité d'obtenir de grandes surfaces sur substrats souples et transparents. Elles peuvent également être utilisées dans des nouvelles applications comme le démontre ce travail de thèse. Plus concrètement, ce manuscrit décrit l'étude de la possibilité d'utiliser ces cellules dans le projet verre digital Essilor. La question posée est : est-ce que les cellules photovoltaïques organiques peuvent servir comme source d'énergie embarquée dans les lunettes du futur ? Dans cette application, les deux paramètres les plus importantes sont : 1) la tension à circuit ouvert qui doit être la plus élevée possible (de l'ordre de 1 V), afin de pouvoir, par exemple, orienter des cristaux liquides et 2) une transparence acceptable pour les intégrer sur les verres des lunettes. La tension de circuit ouvert élevée a été obtenue en utilisant des cellules déjà réalisées au laboratoire, mais qui ont été améliorées par l'utilisation de PEDOT:PSS et de BCP. En ce qui concerne le deuxième paramètre, l'aluminium de la cathode a été remplacé par des matériaux transparents comme l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) et le PEDOT:PSS
In the context of the renewable energy production, organic solar cells enjoy certain advantages like low production costs and the possibility of obtaining large surfaces on flexible and transparent substrates. They can also be used in new applications as we demonstrate in this thesis. More concretely, this work describes the possibility of using these cells in the Essilor "digital glass" project. The question is: can the organic solar cells prove to be useful as an energy source in future eye-glasses spectacles? In this application, the two most important parameters are: 1) the open circuit voltage, which should be high (around 1 V) in order to be able to orient the liquid crystals, for example, and 2) an acceptable level of transparency to integrate them on eye-glasses. High open circuit voltage was obtained by using laboratory produced cells, improved by using PEDOT: PSS and BCP. As for the second parameter, the aluminium of the cathode is replaced by transparent materials such as indium tin oxide (ITO) and PEDOT: PSS

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Rondeau-Gagné, Simon. "Synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux de type n pour applications en dispositifs photovoltaïques." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27138/27138.pdf.

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Le, Huong. "Elaboration de nouveaux matériaux de transport de trous pour cellules photovoltaïques hybrides à perovskite." Thesis, Cergy-Pontoise, 2018. http://www.theses.fr/2018CERG0979/document.

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Abstract:

La thèse a pour but d’élaborer et d’étudier les potentialités des semi-conducteurs organiques, transporteurs de trous (HTMs) pour l’application photovoltaïque à l’aide de cellules solaires à base de pérovskite (PSCs). Plusieurs familles de molécules HTM ont été préparées et déposées en solution pour l’élaboration des cellules solaires. L'objectif principal étant d'étudier et d’apporter des informations sur la relation entre la structure moléculaire des nouveaux matériaux de transport de trous et les performances photovoltaïques obtenues, cette étude contribue à une meilleure compréhension fondamentale des propriétés requises des matériaux de transport de trous pour de meilleures performances photovoltaïques.La première étude concerne l’élaboration d’une molécule de type p à base de thieno [3,2-b] thiophène comme élément central avec des dérivés de dimethoxytriphenylamine comme donneurs d’électrons aux extrémités. Différentes conformations sont proposées et révèlent des performances photovoltaïques significativement différentes dans les dispositifs PSC. Notons par exemple, qu’une conformation de structure planaire favorisent la conjugaison avec des valeurs élevées de mobilités et conductivités obtenues.Dans la seconde étude, des molécules donneur-accepteurs à base de dérivés d’acridone 9 (10H) comme accepteur ont été élaborés. En y associant différents fragments donneurs d'électrons, on obtient des structures présentant des caractéristiques favorables à la fois pour de bons transferts de charge intramoléculaire (ICT) et des niveaux d’énergie HOMO-LUMO adaptés et favorisant l’injection des trous de la pérovskite vers l’électrode métallique via le HTM. Des études similaires ont été effectuées avec la thioxanthone.A partir d’un précurseur bon marché et d’une préparation aisée, la troisième étude a permis de synthétiser un dérivé de 9,9’-biacridone, molécule push-pull de type p révélant une structure tridimensionnelle, similaire à celle du Spiro-OMeTAD, molécule référence pour les PSCs.Enfin, la dernière étude concerne l’élaboration de molécules donneur-accepteur à base de thiéno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione (TPD). La motivation de cette partie est le développement de la molécule à structure planaire améliorant l’empilement π-π dans la fabrication de dispositifs sans joints de grains. Ces molécules possèdent également un fort caractère ICT, une conjugaison π étendue sur toute la structure et une bonne solubilité ce qui en fait un candidat HTM idéal pour la réalisation d’un dispositif PSCs sans dopant
The aim of the thesis is to develop and study the potential of organic hole transporting materials (HTMs) for photovoltaic applications using perovskite-based solar cells (PSCs). Several families of HTM molecules have been prepared and deposited in solution for the fabrication of solar cells. Since the main objective is to study and provide information on the relationship between the molecular structure of new hole transport materials and the photovoltaic performances obtained, this study contributes to a better fundamental understanding of the required properties of hole transport materials for better photovoltaic performance.The first study concerns the development of p-type molecules based on Thieno [3,2-b] thiophene as a central unit and π-linker with dimethoxytriphenylamine as end-capping electron donors. Different configurations are designed and revealed significantly different photovoltaic performances in the PSC devices. Remarkable, a planar structure with linear conjugation shows higher values of mobility and conductivity than others, thus it improved device performances.In the second study, donor-acceptor molecules based on 9(10H)Acridone derivatives as an acceptor were developed. By incorporating different electron-donating fragments, we obtain structures with favorable characteristics for both good intramolecular charge transfer (ICT) character and adequate HOMO-LUMO energy levels. Their energy levels are suitable for collecting and injecting the holes from perovskite to the metal electrode through the HTM. Similar studies have been done with Thioxanthone.Using a cheap precursor and facile preparation, the third study synthesized a 9.9'-biacridone derivative. These p-type molecules possess a three-dimensional structure which is similar to that of Spiro-OMeTAD, state-of-the-art molecule for PSCs.Finally, the last study focus on the development of donor-acceptor molecules based on thieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione (TPD). The objective is elaboration of the planar structure molecule which could be improved the π-π stacking effect in the device fabrication without grain boundaries. These molecules also own a strong ICT character, an extended π-conjugation on the whole structure and a good solubility which makes it an ideal candidate for the dopant-free HTM in PSCs

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Le, Huong. "Elaboration de nouveaux matériaux de transport de trous pour cellules photovoltaïques hybrides à perovskite." Electronic Thesis or Diss., Cergy-Pontoise, 2018. http://www.theses.fr/2018CERG0979.

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Abstract:

La thèse a pour but d’élaborer et d’étudier les potentialités des semi-conducteurs organiques, transporteurs de trous (HTMs) pour l’application photovoltaïque à l’aide de cellules solaires à base de pérovskite (PSCs). Plusieurs familles de molécules HTM ont été préparées et déposées en solution pour l’élaboration des cellules solaires. L'objectif principal étant d'étudier et d’apporter des informations sur la relation entre la structure moléculaire des nouveaux matériaux de transport de trous et les performances photovoltaïques obtenues, cette étude contribue à une meilleure compréhension fondamentale des propriétés requises des matériaux de transport de trous pour de meilleures performances photovoltaïques.La première étude concerne l’élaboration d’une molécule de type p à base de thieno [3,2-b] thiophène comme élément central avec des dérivés de dimethoxytriphenylamine comme donneurs d’électrons aux extrémités. Différentes conformations sont proposées et révèlent des performances photovoltaïques significativement différentes dans les dispositifs PSC. Notons par exemple, qu’une conformation de structure planaire favorisent la conjugaison avec des valeurs élevées de mobilités et conductivités obtenues.Dans la seconde étude, des molécules donneur-accepteurs à base de dérivés d’acridone 9 (10H) comme accepteur ont été élaborés. En y associant différents fragments donneurs d'électrons, on obtient des structures présentant des caractéristiques favorables à la fois pour de bons transferts de charge intramoléculaire (ICT) et des niveaux d’énergie HOMO-LUMO adaptés et favorisant l’injection des trous de la pérovskite vers l’électrode métallique via le HTM. Des études similaires ont été effectuées avec la thioxanthone.A partir d’un précurseur bon marché et d’une préparation aisée, la troisième étude a permis de synthétiser un dérivé de 9,9’-biacridone, molécule push-pull de type p révélant une structure tridimensionnelle, similaire à celle du Spiro-OMeTAD, molécule référence pour les PSCs.Enfin, la dernière étude concerne l’élaboration de molécules donneur-accepteur à base de thiéno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione (TPD). La motivation de cette partie est le développement de la molécule à structure planaire améliorant l’empilement π-π dans la fabrication de dispositifs sans joints de grains. Ces molécules possèdent également un fort caractère ICT, une conjugaison π étendue sur toute la structure et une bonne solubilité ce qui en fait un candidat HTM idéal pour la réalisation d’un dispositif PSCs sans dopant
The aim of the thesis is to develop and study the potential of organic hole transporting materials (HTMs) for photovoltaic applications using perovskite-based solar cells (PSCs). Several families of HTM molecules have been prepared and deposited in solution for the fabrication of solar cells. Since the main objective is to study and provide information on the relationship between the molecular structure of new hole transport materials and the photovoltaic performances obtained, this study contributes to a better fundamental understanding of the required properties of hole transport materials for better photovoltaic performance.The first study concerns the development of p-type molecules based on Thieno [3,2-b] thiophene as a central unit and π-linker with dimethoxytriphenylamine as end-capping electron donors. Different configurations are designed and revealed significantly different photovoltaic performances in the PSC devices. Remarkable, a planar structure with linear conjugation shows higher values of mobility and conductivity than others, thus it improved device performances.In the second study, donor-acceptor molecules based on 9(10H)Acridone derivatives as an acceptor were developed. By incorporating different electron-donating fragments, we obtain structures with favorable characteristics for both good intramolecular charge transfer (ICT) character and adequate HOMO-LUMO energy levels. Their energy levels are suitable for collecting and injecting the holes from perovskite to the metal electrode through the HTM. Similar studies have been done with Thioxanthone.Using a cheap precursor and facile preparation, the third study synthesized a 9.9'-biacridone derivative. These p-type molecules possess a three-dimensional structure which is similar to that of Spiro-OMeTAD, state-of-the-art molecule for PSCs.Finally, the last study focus on the development of donor-acceptor molecules based on thieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione (TPD). The objective is elaboration of the planar structure molecule which could be improved the π-π stacking effect in the device fabrication without grain boundaries. These molecules also own a strong ICT character, an extended π-conjugation on the whole structure and a good solubility which makes it an ideal candidate for the dopant-free HTM in PSCs

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Bounaas, Lotfi. "Etude et intégration de matériaux avancés pour la passivation face arrière de cellules photovoltaïques minces." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4324.

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Abstract:

L'objectif d'amélioration des performances de cellules solaires sur des substrats de silicium cristallin de plus en plus en minces (< 200 µm) est indispensable à la réduction des coûts du module et donc à l'essor du photovoltaïque à l'échelle mondiale. Cette thèse se propose de répondre à la problématique d'amincissement des plaquettes sur substrats monocristallins (Cz) de type p de grande surface (239 cm2 - 180 µm) par le développement d'une structure en face arrière capable de générer un rendement de conversion élevé tout en limitant le degré de complexité du procédé de fabrication de la cellule. La solution explorée est celle des cellules à face arrière passivée et contacts localisés et les schémas de passivation étudiés s'appuient sur l'utilisation d'empilements diélectriques à base d'oxydes de silicium (SiO2) et d'aluminium (Al2O3) couplés au nitrure de silicium (SiNx). Ces travaux ont pour objectif d'optimiser les propriétés de passivation des couches diélectriques tout autant que les briques technologiques nécessaires à leur intégration dans la structure de cellule finale (conditionnement de surface, ablation laser sélective, métallisation par sérigraphie). Le procédé de fabrication résultant a permis d'obtenir des cellules avec un rendement de conversion de 19.1% pour l'empilement SiO2/SiNx. Il est cependant démontré que les limitations des performances de cette structure peuvent être partiellement compensées en introduisant une couche d'alumine, permettant d'atteindre un rendement remarquable de 19.5% (+0.4% par rapport à une structure standard)
Improving the solar cell efficiency on thin wafers (< 200 µm) has become a must in the industry in order to reduce the module cost and enhance the photovoltaics field growth worldwide. This work addresses the issues regarding the thickness reduction of large monocrystalline p-type wafers (239 cm2 - 180 µm) by developing a back side architecture capable of increasing the efficiency while limiting the cell fabrication level of complexity. Thus back passivated and local contacts, also known as PERC-type, solar cells are investigated. Those include passivation schemes relying on the use of dielectric stacks based on silicon oxide (SiO2), aluminum oxide (Al2O3) both coupled with silicon nitride layers (SiNx). This PhD study attempts to carry out an optimization of the passivation properties as well as of the technological steps required for a proper integration in the final cell structure (surface preparation, selective laser ablation, screen-printing metallization). The resulting optimized process led to the fabrication of solar cells displaying an 19.1% conversion efficiency by using SiO2/SiNx layers. Nevertheless it was shown evidence that the limited electrical performances can be overcome by introducing an Al2O3 layer, eventually reaching a remarkable 19.5% efficiency. This represents an absolute gain efficiency of +0.4% compared to the standard full-area Al-BSF solar cell architecture

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Sum, Jérémy. "Matériaux pour conversion et stockage simultanés de l'énergie." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS122.

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Abstract:

Ce projet de thèse vise la conception d’un seul dispositif électrochimique capable de collecter l’énergie solaire, la convertir et la stocker de façon réversible. Pour ce faire, nous avons choisi de travailler avec un matériau d’électrode bi-fonctionnel qui doit à la fois absorber une partie du spectre solaire et aussi accueillir réversiblement les ions lithiums dans sa structure. Dans ce contexte, nous avons travaillé avec un film de TiO2 anatase mésoporeux comme électrode positive bi-fonctionnelle. L'illumination de l'électrode lithiée (après décharge) induit une réaction d'extraction des ions lithium (c'est-à-dire la recharge de la batterie), ouvrant la voie aux batteries Li-ion photo-rechargeables. La photo-extraction des ions lithium à tension de circuit ouvert et pendant le cyclage électrochimique a été démontrée. Le mécanisme proposé envisage l’oxydation du Ti3+ en Ti4+ par les trous photo-générés, entraînant ainsi l'extraction de l'ion lithium. Cependant, le sort des photo-électrons n'a pas été élucidé. Dans cette thèse, nous avons choisi de contrôler et d'orienter le devenir des photo-électrons en ajoutant de l'eau comme accepteur. Ainsi, nous avons travaillé avec un électrolyte à base d'eau (ie Water In Salt, WIS) pour accéder à une grande capacité de stockage des ions lithium et produire une molécule de stockage, le dihydrogène. Selon l'état de charge de la batterie, la composition de l’électrode varie : d'une phase monocristalline à un matériau bi-phasique. L'impact de ce changement de composition sur la dynamique de la production d'hydrogène et les processus induits par la lumière seront tous deux discutés dans cette thèse. Ce travail constitue une preuve de concept que les batteries Li-ion à faible potentiel pourraient être rechargées uniquement par exposition à la lumière
Our approach to alleviate the solar intermittency is to combine, in a single photo-electrochemical cell, solar energy conversion and storage. Starting from a Li-ion battery configuration, we propose to use Li-ion host photo-electrodes, which could both harvest solar energy and store it. We will be presenting the case of mesoporous TiO2 anatase, as a positive electrode. The illumination of the lithiated electrode (after discharge) induces a lithium-ion extraction reaction (i.e. the recharge of the battery), opening the way to Li-ion photo-rechargeable batteries. Photo-extraction of lithium ions at open circuit voltage and during electrochemical cycling was demonstrated. The holes’ photo-generated seems to oxidize the Ti3+ into Ti4+ resulting in the extraction of the lithium ion, however the fate of the photo-electrons was not elucidated. In this thesis, we chose to control and orient the fate of the electrons by adding water as a photo-electron acceptor, thereby choosing a water-based electrolyte (i.e. water-in-salt, WIS) to also be able to access a large storage capacity of lithium ions and produce a storage molecule, the dihydrogen. Depending of the state of charge of the battery, the electrode composition varies a lot: from a single crystalline phase to a two-phase material. The impact of this composition change in the dynamics of, the production of hydrogen and the light-induced processes, both will be discussed in this thesis. This work constitutes a proof of concept that low potential Li-ion batteries could solely be recharged by exposure to light

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Molière, Timothée. "Intégration de matériaux III-V sur silicium nanostructuré pour application photovoltaïque." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066638.

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Abstract:

Depuis plus de 30ans, les chercheurs essaient de combiner le silicium et le GaAs. Le potentiel de l'intégration du GaAs sur Si est en effet considérable pour le remplacement des substrats coûteux de GaAs ou de Ge dans la fabrication de cellules PV, de photodétecteurs, de LED, de lasers…. Il en est de même pour le développement de nouveaux dispositifs opto- et électroniques par l'intégration monolithique de GaAs sur circuit silicium. Des défis majeurs persistant jusqu'à aujourd'hui doivent toutefois être surmontés.Dans le but de surmonter ces difficultés, nous proposons un concept intéressant qui permet l'hétéroépitaxie de III-V sur Si. Ce concept est basé sur la technique d’épitaxie latérale (ELO) par CBE depuis des ouvertures nanométriques réalisées dans un masque de silice ultra-mince. Cette technique nous a permis d’obtenir des microcristaux de GaAs sans défaut et parfaitement intégrés sur Si grâce à une nucléation depuis des ouvertures de très petits diamètres qui évitent la génération de dislocations dues au désaccord de maille. Le concept étant validé, nous avons poursuivi l’étude en utilisant une 2ème approche de nanostructuration technologique du masque et permettant la localisation des cristaux. L’obtention in fine d’une pseudo-couche de GaAs sur Si sans défaut ni contrainte serait particulièrement utile pour les diverses applications mentionnées. Seront donc présentés le concept d’intégration, puis les résultats de croissance par ces techniques, et des analyses matériaux complémentaire. Pour finir, sera détaillée la structure d’une cellule PV de GaAs/Si devant permettre d’atteindre un rendement de conversion de 29,2%, ainsi que les premiers résultats obtenus
For over thirty years researchers have attempted to combine Si and GaAs. Alternative GaAs-on-Si substrates have a considerable market potential for replacing the costly GaAs or Ge substrate in producing traditional GaAs devices such as solar cells, photodetectors, LEDS, lasers, and microwave devices, and as a new technology for monolithic integration of GaAs elements and silicon integrated circuits. However, major challenges remaining until now must be overcome.In that way, we propose an interesting concept that allows III-V heteroepitaxy on silicon. This concept is based on the Epitaxial Lateral Overgrowth (ELO) by CBE from nanoscale holes through an ultra-thin silica layer. This technique allows us to obtain GaAs microcrystals without any defect and perfectly integrated on Si thanks to nanoscaled nucleation seeds which prevent dislocation generation due to lattice mismatch. The concept being validated, the study has continued using a 2nd approach of nanostructuration to allow crystal localization. The achievement of getting a GaAs pseudo-layer on silicon substrate without any defect or stain would be of great interest for the formerly mentioned applications.So the integration concept of III-V materials on silicon will be introduced, then growth resultants by these techniques, and material characterizations in order to qualify the integrated GaAs on silicon regarding to the opto- and electronic applications. Finally, the structure of a GaAs/Si tandem solar cell will be discussed. After proving this solar cell could reach a 29.2% conversion efficiency, first achievements will be revealed

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Marchat, Clément. "Caractérisation électrique et optoélectronique de nouveaux matériaux et composants photovoltaïques à partir de techniques AFM." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASS094.

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Abstract:

Cette thèse s’intéresse à la caractérisation des propriétés électriques des dispositifs photovoltaïques (PV) par deux techniques de microscopie à sonde locale : la microscopie à force atomique à pointe conductrice (c-AFM) et la microscopie à sonde de Kelvin (KPFM). Elle commence par une étude sur le silicium cristallin, et plus spécifiquement sur l’influence des états de surface sur la mesure KPFM. Cette dernière a été réalisée à l’obscurité et sous éclairement dans le but d’extraire le photovoltage de surface (SPV). Cette étude expérimentale a été complétée avec de la simulation numérique. Dans une deuxième étude nous avons caractérisé des dispositifs PV à nanofils. Il s’agit de jonctions radiales PIN en silicium amorphe hydrogéné réalisées sur des nanofils de silicium cristallin fortement dopé qui ont été étudiées par KPFM et SPV. Nous avons ainsi pu montrer que sur des dispositifs à nanofils recouverts d’ITO, la mesure de SPV permet de mesurer la tension de circuit-ouvert (Voc). Cette même mesure appliquée sur des nanofils uniques (sans contact ITO en face avant) est fortement influencée par l’ombrage de la pointe AFM et par les états de surface de la couche en silicium amorphe. Enfin nous nous sommes intéressés aux contacts passivants (poly-Si/SiOx/c-Si). Les caractérisations KPFM ont révélé des cartographies de potentiel de surface très homogènes en l’absence de la couche enterrée de SiOx, alors que de nombreuses zones de diamètre inférieur au micron présentent des valeurs de potentiel de surface plus faibles lorsque la couche de SiOx est incorporée dans la structure. Ces résultats semblent compatibles avec la présence d’inhomogénéités structurelles de taille nanométrique (pinholes) dans la couche de SiOx
This thesis focuses on the characterisation of electrical properties of photovoltaic devices by using two scanning probe techniques: conductive atomic force microscopy (c-AFM) and Kelvin probe force microscopy (KPFM). It starts with a study on crystalline silicon (c-Si), and in particular the influence of surface states on the KPFM measurement. The latter was performed in the dark and under light to extract the surface photovoltage (SPV). This study was completed by numerical simulations that allow to extract surface state densities. A second study was focused on nanowire PV devices. These were PIN radial junctions based on hydrogenated amorphous silicon deposited on highly doped c-Si nanowires. We have shown that on nanowire devices that are covered with ITO,SPV measurements could mirror the value of open-circuit voltage (Voc), while the same measurements performed on single nanowires without ITO top coverage are strongly affected by the shadowing of the AFM tip and by the surface states of the amorphous silicon layer. Finally, we were interested in passivating contacts for c-Si solar cells and analysed poly-Si/SiOx/c-Si structures. When the SiOx interlayer is absent, the KPFM scans exhibit very homogeneous surface potential while numerous areas (with diameter less than 1 micron) of lower surface potential are revealed, when the SiOx buffer layer is introduced. These results seem compatible with the presence of nanometric structural inhomogeneities (pinholes) in the SiOx layer that were revealed by other studies

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Blot, Xavier. "Réalisation, caractérisation et modélisation de collages de matériaux III-V pour cellules photovoltaïques à concentration." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT108/document.

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Abstract:

La production d'énergie photovoltaïque est une option d'avenir pour répondre au développement économique de notre société tout en réduisant notre impact sur l'environnement. Mais pour devenir compétitive, cette filière doit améliorer le rendement des cellules solaires. Une technologie d'avenir consiste à combiner différents matériaux via une croissance par épitaxie et l'usage du collage direct. Cette thèse, financée par SOITEC, vise au développement du collage d'arseniure de gallium (GaAs) sur le phosphure d'indium (InP) pour la cellule SmartCell. L'objectif est d'optimiser son comportement électrique via un modèle numérique prenant en compte son état physico-chimique. Nous présentons d'abord un ensemble d'outils de caractérisations électriques pour réaliser une mesure I(V) précises de l'interface de collage. En fonction des cas, nous détaillons des contacts métalliques adaptés pour améliorer cette caractérisation. Une étude détaillée de l'hétérostructure GaAs/InP et des homostructures GaAs/GaAs et InP/InP amène ensuite à une compréhension de leur mécanisme de collage. Après recuit thermique, le procédé de collage hydrophile engendre des oxydes d'interfaces qui se résorbent dans le cas de l'InP et se fragmentent pour le GaAs. A paramètres constants, les empilements obtenus sont meilleurs que ceux de l'état de l'art au niveau électrique et mécanique. Nous poursuivons avec des propositions de procédés innovants pour maitriser l'oxyde d'interface et optimiser l'hétérostructure. Parmi ces options nous validons l'approche avec exposition ozone qui vise à générer sélectivement un oxyde avant mise en contact. L'empilement obtenu affiche une résistance proche de nos mesures de référence et a un fort potentiel. Enfin l'étude se conclue sur la présentation d'un modèle numérique inédit reliant procédé de collage, état d'interface et comportement électrique. A recuit donné, l'interface est hétérogène avec une zone reconstruite (conduction thermo-électronique) et une zone avec oxyde (conduction tunnel). Ces régions s'activent préférentiellement en fonction de la température de fonctionnement. Elles sont pondérés par un critère qui détermine le niveau de reconstruction du collage et qui sera utile pour de futurs développements de l'application
The solar photovoltaic is a promising way to support our economical growth while it can reduce the environmental impact of our society. But, to be truly competitive, the sector has to develop more efficient solar cells. An interesting option aims at combining different materials either by epitaxy growth and direct bonding. The Ph.D. was funded by the SOITEC company with the goal to develop the bonding of the gallium arsenide (GaAs) on the indium phosphide (InP) for the SmartCell architecture. We had to optimize its electrical behavior with a numerical model taking into account the bonding interface state. We introduce the study with a wide range of I(V) tools to precisely characterize the bonding interface. Depending on the case, we detail suitable metal contacts to improve the test. A study in deep of the GaAs/InP heterostructure and the GaAs/GaAs and the InP/InP homostructures leads to a better understanding of the bonding mechanisms. After a thermal annealing, the hydrophilic bonding process generates oxyde compounds at the interface which are absorbed in the InP case and are fragmented in the GaAs case. For given parameters, our stacks are electrically and mechanically better than the state of the art. Then we propose innovative processes to control the interface oxyde and thus optimize the heterostructure. Among them, we validate a new approach with ozone exposure that selectively generates an oxyde prior to bonding. The interface resistance of the stack is therefore closed to our best results and has great potentials. To conclude, the study focuses on a novel numerical model connecting the bonding process, the interface state and the electrical behavior. For a given annealing, the interface is heterogenous with reconstructed areas (thermionic conduction) and oxyde areas (tunnel conduction). These regions are preferentially activated as a function of the operating temperature. They are weighted by a criteria determining the level of the bonding reconstruction which will be useful for the future developments of the application

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Halaby, Macary Mikhael. "Élaboration et caractérisation de matériaux hybrides "nanoparticules Zn0 - cristaux liquides" pour applications aux cellules photovoltaïques." Thesis, Littoral, 2019. http://www.theses.fr/2019DUNK0509.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'inscrit dans l'essor important que connaît actuellement le domaine des énergies renouvelables en terme de recherche et de nouvelles technologies de l'énergie. Il est consacré à l'étude de nouveaux matériaux hybrides "nanoparticules ZnO - cristaux liquides" en vue d'applications aux cellules solaires de type hétérojonctions en volume. La motivation est d'utiliser les propriétés d'auto-organisation et de transport de charges des cristaux liquides et d'augmenter les interfaces donneur-accepteur afin d'améliorer leurs performances. Pour la mesures des mobilités des porteurs de charge, un banc de mesure "temps de vol" entièrement automatisé a été développé. Deux cristaux liquides calamitiques ont été caractérisés (DSC, microscopie optique polarisée, UV et "temps de vol"). Deux types de transports de charge, l'un ionique, l'autre électronique sont mis en évidence pour des charges positives et négatives avec des mobilités indépendantes du champ électrique et des comportements différents en fonction de la température. Un procédé d'élaboration des matériaux hybrides a été mis au point. Les caractérisations de ces matériaux montrent l'influence de la concentration en nanoparticules (0,05 à 38% en volume). La taille des domaines dans les phases cristal liquide augmente avec la concentration alors que la température de transition isotrope-SmA diminue fortement. Un résultat important est que les phénomènes de transport sont conservés pour des concentrations importantes (jusque 12% en volume). Le transport électronique est même amélioré. Les propriétés des matériaux élaborés apparaissent intéressantes pour des applications aux cellules photovoltaïques
This thesis work is a part of the significant growth that is currently taking place in the field of the renewable energy in terms of research and new energy technologies. It is dedicated to the study of new hybrid material "zno particles - liquid crystals" for the applications in "bulk heterojunction" solar cells. The motivation is to increase the donor-acceptor interfaces in hybrid material and to combine the self-organizing and charge transport properties of liquid crystals, in order to improve their performance. A completely automated "time of flight" measuring set-up is developed, for the measurement of the charge carriers mobility in the aforementioned hybrid material. Using the dsc, polarized optical microscopy, uv-visible spectroscopy and "time of flight", we have characterized two calamitic liquid crystals. Two types of charge transport, one ionic, and the other electronic, are highlighted for positive and negative charges with electric field independent mobility and different behaviors with temperature. A process for the elaboration of hybrid materials is developed. The characterization of these materials show the influence of nanoparticles concentrations (0,05 to 38% by volume). The size of the domains in the liquid crystal phases increases with the concentration whereas the isotropic-sma phase transition temperature decreases monotically. Under controlled dispersion of zno nanoparticles in host liquid crystal up to 12% by volume, we have conserved the transport phenomena in hybrid material and study has shown that electronic transport is improved. The characterized hybrid materials have shown their potential application in organic photovoltaic

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El, Moussawi Zeinab. "Matériaux composites nano-architecturés à base de nanotubes de carbone pour application photovoltaïque." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI095.

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Abstract:

L’utilisation des nanotubes de carbone (CNT) dans les cellules photovoltaïques (PV) se limitent à leur application comme électrodes ou comme dopant dans la couche active à cause de leur conductivité extrêmement élevée provocant des courts-circuits au sein de la cellule. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé et validé un nouveau concept consistant à développer les SWNT comme matériaux actifs accepteurs alternatifs au PCBM (dérivé de fullerène) pour le photovoltaïque organique.Nous avons développé une voie de synthèse chimique basée sur la fonctionnalisation contrôlée des SWNT et la quantification de leur degré de fonctionnalisation. Ce nouveau concept permettra l’élaboration des SWNT « sur mesure » avec des conductivités et des propriétés optiques et électrochimiques modulables et adéquats avec les propriétés requise pour une intégration dans les dispositifs photovoltaïques en hétérojonctions avec les polymères pi-conjugués donneurs commerciaux.Il a été mis en évidence grâce aux caractérisations des propriétés finales des SWNT synthétisés que la conductivité, l’absorption dans l’UV-visible et les propriétés électrochimiques évoluent graduellement selon deux modes en fonction du degré de fonctionnalisation. De plus, la fonctionnalisation contrôlée des SWNT induit un effet dispersant permettant de faciliter leur intégration dans les dispositifs PV en utilisant les technologies de mise en œuvre par voie solvant existantes comme l’impression par jet d’encre ou roll-to-roll l’élaboration des couches minces par voie solvant. La preuve de ce concept a été validée grâce aux tests en cellules PV avec un polymère standard commercial P3HT et un polymère à faible gap optique synthétisé
Controlled modulation of intrinsic functional (absorption, band gap, conductivity) and physico-chemical properties (dispersability, solvent-processability) of CNTs could broaden up their application potential in nanotechnology. However, it has been an ambitious synthetic goal for more than a decade. In this work, we developed an efficient methodology to do so in a mastered manner on single-walled carbon nanotubes (SWNT). It involves the meticulous functionalization based on gradual formation of covalent aryl bonds. It was proven that, the intrinsic electrical conductivity, optical and electrochemical properties of the functionalized SWNTs could be gradually modulated in two steps depending on the functionalization degree. The so- controlled covalent functionalization was the basic synthetic technique to make SWNT easier to manipulate and tolerably soluble, with modulated electrical and electrochemical properties, so that the performances in photovoltaic cells were unusually appreciated. Unsorted functionalized SWNTs were employed in organic photovoltaic (OPV) cells as electron acceptors or dopants with commercial polymer (P3HT) and novel, synthesized low bandgap copolymer, respectively

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Merigeon, Julien. "Etude des verres d’encapsulation pour cellules solaires photovoltaïques en silicium monocristallin." Thesis, Angers, 2015. http://www.theses.fr/2015ANGE0083.

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Abstract:

La thèse porte sur l’étude des verres d’encapsulation pour des cellules solaires en silicium monocristallin. Deux pistes ont été explorées pour réduire les pertes d’efficacité dues à l’encapsulation : la réduction de la réflexion de verres à base de silice avec des couches antireflets ainsi que l’utilisation de verres fluorés dopés terres rares à conversion de fréquence. Dans le premier cas, des couches antireflets ont été déposées sur des verres à base de silice par la méthode sol-gel. Les caractérisations optiques des verres ont été réalisées par spectrophotométrie et ellipsométrie et l’influence des différents verres sur les caractéristiques densité de courant-tension (J-V) ont été testées sous simulateur solaire dans des conditions standards (AM1.5 et 100 mW/cm2) pour une ou plusieurs cellules de référence. Une autre piste explorée a été celle des verres fluorés dopés terres rares ayant des propriétés de conversion de fréquence (conversion de photons non absorbés vers une énergie proche du gap optique du silicium). Des matrices fluorées de type ZBLA et ZLAG dopées terres rares (Pr3+, Tm3+, Yb3+) ont été utilisées. L’influence du dopage sur les performances électriques des cellules encapsulées a été étudiée en corrélation avec les propriétés physiques et optiques (transfert d’énergie, photoluminescence, transmittance) des verres. Le bénéfice de la conversion de fréquence a pour la première fois été montrée sur les caractéristiques J-V pour des échantillons co-dopés Pr3+-Yb3+. De plus, les caractéristiques des cellules de référence en utilisant ces nouveaux verres d’encapsulation ont été comparées à celles des verres utilisés habituellement dans l’industrie
The thesis studies the encapsulation glass for monocrystalline silicon solar cells. Two ways were explored to reduce the efficiency loss due to encapsulation: reducing reflection losses of silica based glasses with antireflection layers and the use of rareearth- doped fluoride glass for frequency conversion. On the one hand, antireflection layers have been deposited on the silica glass by sol-gel method. The optical characterizations were carried out by spectrophotometry and ellipsometry and the influence of different encapsulation glasses on the current density-voltage characteristics (J-V) were measured under solar simulator irradiation in standard conditions (AM1.5 and 100 mW/cm2) for various reference cells. On the other hand, the rare-earth-doped fluoride glasses which they can convert frequencies in order to change the energy of photons to energies adapted to the optical gap of the silicon has been investigated. The glasses used are fluorinated matrix ZLAG and ZBLA doped with rareearth elements (Pr3+, Tm3+, Yb3+). The effect of doping on the electrical performance of encapsulated cells was studied correlated with physical and optical properties of glasses (energy transfer, luminescence, transmittance). Frequency conversion was demonstrated by luminescence for all of the rare-earth-doped samples. Then the most promising results for encapsulating was found for codoped Yb3+-Pr3+ ZBLA glass. The benefit of the frequency conversion was shown for the first time in J-V characteristics. Then, characteristics of the reference cells with these new encapsulating glasses were compared to those from glasses commonly used in the photovoltaic modules industry

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Farre, Yoann. "Conception de nouveaux matériaux moléculaires pour l'élaboration de cellules photovoltaïques hybrides de type p à colorant." Thesis, Nantes, 2016. http://www.theses.fr/2016NANT4050/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif de contribuer au développement des cellules photovoltaïques hybrides employant un colorant organique pour sensibiliser un semi-conducteur de type p (NiO). Ces travaux de recherche ont porté sur la synthèse, l’étude théorique par des calculs DFT, les caractérisations physico-chimiques (absorption, émission, électrochimie et spectro-électrochimie) et les mesures photovoltaïques de sensibilisateurs innovants. Des modulations de structures sur la base du motif dicétopyrrolopyrrole (DPP) ont permis d’étudier l’influence d’une entité électrodonneuse ainsi que le rôle crucial de différents groupes électroaccepteurs sur la durée de vie de l’état à charges séparées (NiO+/colorant-) et sur les performances photovoltaïques. L’intensification et l’élargissement des bandes d’absorption de nouveaux colorants fondés sur cette même famille de sensibilisateur (DPP) ont accru considérablement la densité de courant. L’étude de nouveaux matériaux organiques de type donneur-accepteur et l’application d’une stratégie employant deux groupes accepteurs successifs de forces croissantes ont été réalisées. Cette partie a mis en lumière la nécessité de développer de nouveaux groupes électrodonneurs et fonctions d’ancrage mieux adaptées aux p-DSSC. Cette problématique a été abordée par la conception de colorants de type pérylène-monoimide dont la structure varie uniquement par la nature de la fonction d’ancrage. Ces colorants ont été testés dans des cellules sur des cathodes poreuses de NiO et de CuGaO2 et ont pu montrer que la fonction hydroxyquinoline conduit à des performances photovoltaïques supérieures à la fonction acide carboxylique
This thesis aims at contributing to the development of dye sensitized solar cells (DSSC) that are based on an organic dye and a p-type semi-conductor as photocathode such as NiO. In this context, these studies focus on the synthesis, the theoretical study by DFT calculations, the physicochemical characterizations (absorption and emission spectra, electrochemistry and spectroelectrochemistry) and photovoltaic characterizations of these innovative sensitizers. Structure modulations on a diketopyrrolopyrrole dye (DPP) investigate the influence of an electron-donating group and the crucial role of different electron-withdrawing groups on the lifetime of the charge separation state (NiO+/dye-) and on the photovoltaic performances. Enhancement and broadening of the absorption bands with new sensitizers have enabled to considerably increase the photocurrent density and to reach among the highest values reported in the literature with the best dyes. Synthesis of new organic push-pull dyes and the application of a strategy using two successive electron-withdrawing groups of growing strengths have been realized. This part highlights the necessity to develop new electron-donating and anchoring groups for p-type dye sensitized solar cells. This point issue was investigated in the final chapter of this thesis by the design of new perylene monoimide sensitizers, whose structures only differ by the nature of the anchoring group (CO2H, acac, PO3H2, hydroxyquinoline…). These dyes were investigated in DSSCs with porous cathode made of NiO or CuGaO2. It was shown that the binding group hydroxyquinoline gives higher photovoltaic performances than the classical carboxylic acid group

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Husson, Jérôme. "Synthèse et étude de complexes de métaux de transition pour de nouveaux matériaux à applications photovoltaïques." Metz, 2004. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/2004/Husson.Jerome.SMZ0406.pdf.

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Abstract:

Des ligands tridentales de la famille des terpyridines sont préparés. Ces ligands sont fonctionnalisés en position 4', soit par hytérocycles tels que la furanne, le thiophène ou le pyrrole, ou bien par une fonction acide carboxylique (ou un précurseur). Pour préparer ces composés une nouvelle méthode utilisant l'alumine comme base, sans solvant, est utilisée. Ces ligands sont utilisés dans la préparation de complexes du ruthénium (II). Deux types de complexes sont préparés : des complexes homoleptiques dont deux ligands sont fonctionnalisés par un hétérocycle, et des complexes hétéroleptiques dont un ligand est fonctionnalisé par un hétérocycle, et l'autre par une fonction acide carboxylique. Une nouvelle voie d'accès à ce dernier type de complexe est présentée. Elle est basée sur l'oxydation d'un cycle furanne en acide carboxylique directement sur le complexe. Les propríétés photo-physiques et électrochimiques des complexes sont étudiées. Les complexes sont aussi utilisés dans la préparation de nouveau matériaux. Les homoleptiques permettent l'obtention d'oligomères incluant des centre métaalliques par l'électro-polymérisation. Les hétéroleptiques sont utilisés dans la modification d'électrode par accrochage covalent via la fonction acide carbonique
Terpyridine ligands are prepared. These ligands are functionalised at position 4' either by heterocycles such as furan, thiophene and pyrrole, or by a carboxylic acid (or a precursor). To prepare these compounds, a new method using alumina as a base without solvent is used. These ligands are used in the preparation of ruthenium (II) complexes. Two kinds of complexes are prepared : homoleptic complexes in which both ligands are functionalised by an heterocycle, and heteroleptic ones in which one ligand is functionalised by an heterocycle, and the other one by carboxylic acid function. For the latter, a new access is presented. It is based on the oxidation of a furan ring into a carboxylic acid, directly on the complex. Photo-physical and electrochemical properties of these complexes are studied. These complexes are also used in preparation of new materials. Homeleptic ones allow preparation of oligomers containing metallic centres by electro-polymerisation. Heteroleptic ones are used in the preparation of modified electrodes by covalent bonding with the carboxylic acid function

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Richard, Fanny. "Conception, synthèse et caractérisation de copolymères à blocs "bâtonnet-pelote" en vue d'application photovoltaïques : De la macromolécule au dispositif." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2008. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2008/RICHARD_Fanny_2008.pdf.

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Les performances des cellules photovoltaïques organiques dépendent fortement de la nano-morphologie de leur couche active. Les copolymères diblocs sont capables de s’auto-assembler en domaines de taille nanométrique. Dans l’objectif d’optimiser la génération des charges et leur transport dans la couche active, nous avons choisi de concevoir de nouveaux copolymères composés d’un premier bloc rigide conjugué capable de transporter les trous et d’un second bloc souple sur lequel sont greffées des entités acceptrices d’électrons (C60). Une première étude a porté sur les copolymères diblocs possédant un bloc rigide dérivé du poly(phénylène vinylène) et un bloc souple de poly[butylacrylate-stat-chlorométhylstyrène]. Des structures lamellaires prometteuses ont été observées. Toutefois, le désordre intralamellaire ne permettait pas d’espérer une mobilité des porteurs de charges suffisante. Le poly(3-hexyl-thiophene) régiorégulier est connu pour former des structures ordonnées induites par de fortes interactions  intermoléculaires et devrait ainsi permettre d’obtenir un meilleur ordre intralamellaire. Nous avons donc synthétisé de nouveaux copolymères ayant un bloc rigide de P3HT régiorégulier. Ces copolymères ont tout d’abord été utilisés en tant que tensioactifs. En effet, cette utilisation est un nouveau moyen original de contrôler et de stabiliser la morphologie du mélange référence P3HT-PCBM. Les synthèses ainsi que les caractérisations macromoléculaires et optiques de ces matériaux ont été effectuées. La morphologie des films minces a été observée par microscopie à force atomique. Enfin, les propriétés photovoltaïques des dispositifs ont été mesurées
The performance of organic photovoltaic cells crucially depends on the active layer nano-morphology. Due to their self-assembling process, diblock copolymers are good candidates for an enhanced control of nanometer-sized domains. Therefore, we designed new copolymers with a semiconducting hole-transporting conjugated rigid block and a coil block with grafted acceptor moieties (C60) in order to optimize charge generation and transport in the organic layer. A first study focused on a rod-coil diblock copolymer based on a poly(phenylene vinylene) derivative as rod block and a poly[butylacrylate-stat-chloromethylstyrene] as coil block. We found promising lamellar type morphologies. However, the intralamellar structure was shown to be disordered, with only weak coupling between  electrons, a critical condition for reaching high charge carrier mobilities. Regioregular poly(3-hexyl-thiophene) is well known to form ordered structures induced by strong intermolecular - interactions and should therefore allow a better interlamellar ordering. That’s why new block-copolymers with regioregular P3HT rod have been synthesized. These materials have been used first as surfactant. Indeed, the use of diblock copolymers as tensioactifs is a new and original way to control and stabilize the reference P3HT-PCBM blend morphology. Syntheses, macromolecular and optical characterizations of these materials have been done. The thin film morphology has been investigated by atomic force microscopy, and electrical and photovoltaic properties of devices have been measured

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Gemain, Frédérique. "Etudes spectroscopiques du dopage dans les matériaux II-VI pour les détecteurs infrarouge et les cellules photovoltaïques." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00849144.

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Abstract:

Ce travail de thèse présente les caractéristiques optiques et électriques de dopants dans des couches de CdHgTe, CdZnTe et CdS. Ces 3 matériaux II-VI ont pour point commun d'être utilisés dans des dispositifs de détection, que ce soit la détection de lumière infrarouge pour les couches de CdHgTe et CdZnTe ou la détection visible comme c'est le cas pour le CdS. La caractérisation optique de ces couches de matériaux II-VI a été réalisée par la technique de photoluminescence et corrélée à des mesures électriques effectuées par effet Hall en température. Dans un premier temps, une étude du dopage intrinsèque par les lacunes de mercure et du dopage extrinsèque par incorporation d'arsenic de l'alliage CdHgTe, couche active des détecteurs IR a été réalisée. Pour cela, des mesures optiques par photoluminescence (sur un banc mis en place au laboratoire pendant la 1ere année de thèse permettant de travailler depuis les basses températures jusqu'à l'ambiante entre 1µm et 12 µm dans l'IR) sur des couches de CdHgTe réalisées par épitaxie en phase liquide (EPL) de différentes compositions en Cd ont été effectuées. La corrélation de ces mesures optiques avec des mesures électriques par effet Hall en température a permis d'identifier les énergies d'activation des 2 niveaux de la lacune de mercure ainsi que de démontrer le phénomène de U-négativité de la lacune de mercure dans le CdHgTe. De plus, la comparaison de spectres de PL d'échantillons dopés arsenic pendant la croissance par épitaxie par jets moléculaires (EJM) avec des mesures disponibles réalisées par absorption de rayons X (EXAFS) a permis d'observer des transitions optiques associées aux différents complexes arsenic formés avant et pendant le recuit d'activation. Par ailleurs, un travail de modélisation du phénomène de désordre d'alliage dans le CdHgTe a été réalisé. Plus précisément, un modèle basé sur une statistique gaussienne associée aux fluctuations d'alliage autour d'un gap moyen et une statistique de Boltzman a été développé pour ajuster dans un premier temps des spectres d'absorption puis pour ajuster les spectres de photoluminescence. Ce modèle nous a permis d'ajuster étroitement les spectres de photoluminescence et d'absorption, tout en prenant en compte intrinsèquement le désordre d'alliage du matériau. Nous avons ainsi constaté que l'ajustement des spectres par des fonctions gaussiennes comme il est réalisé communément dans la littérature permet de trouver les bons écarts entre les pics d'émission et donc les bonnes énergies d'ionisation. Dans un deuxième temps, toujours dans le cas de la détection infrarouge, le travail a porté sur l'étude du substrat CdZnTe utilisé pour l'épitaxie du CdHgTe. Des comparaisons des spectres de PL avec les paramètres de croissance ont été effectuées. Plus particulièrement, une étude sur une zone spécifique de certains échantillons présentant une absorption du rayonnement IR a été réalisée afin d'en comprendre l'origine. Enfin, nous nous sommes intéressés à la couche de CdS, matériau II-VI dopé intrinsèquement (type n) utilisé comme fenêtre transparente et formant la jonction p-n avec le CdTe dans les cellules solaires, détecteurs de lumière visible. Dans cette partie, nous avons cherché à étudier l'influence des différentes méthodes de dépôt, sublimation ou bain chimique de la couche de CdS sur un substrat de verre, en comparant les spectres d'émission de photoluminescence obtenus ainsi que les types de traitements thermiques effectués après dépôts. Ces mesures ont été corrélées avec le rendement des cellules solaires finales.

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Girard, Anaëlle. "Matériaux hybrides organique-inorganique à base de résine et de particules d'oxydes : application dans les panneau photovoltaïques." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0064/document.

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Abstract:

Dans le contexte énergétique actuel, la conception de panneaux photovoltaïques efficaces représente une des solutions pour pallier à la pénurie prochaine des énergies fossiles. Cependant, les phénomènes de dégradation de l’encapsulant, un des matériaux passifs du panneau, sont une des origines de la baisse de rendement des modules. L’objectif de ce travail de thèse a été de concevoir, caractériser et évaluer les différentes propriétés de nouveaux encapsulants hybrides organique-inorganique contenant des ressources renouvelables. Ainsi, trois matériaux ont été élaborés à partir d’alcool polyvinylique (PVA), de résines terpéniques et de charges minérales (silice ou argile (Bentonite)). Un premier matériau comprenant PVA, résine et silicates, dans lequel composantes organique et inorganique sont liées par des liaisons covalentes fortes (hybride de classe II), a conduit à des stabilités thermiques et photochimiques, et des propriétés optiques et barrières à la vapeur d’eau et à l’oxygène, similaires à celles des encapsulants actuels.L’introduction de nanoparticules de silice dans un mélange PVA/résine via des liaisons faibles a ensuite fourni un matériau hybride de classe I aux propriétés barrières à la vapeur d’eau satisfaisantes mais avec des transparences optiques insuffisantes pour une utilisation comme encapsulant, du fait de l’agrégation des nanoparticules. Enfin, malgré une transparence optique devant être encore optimisée, un matériau hybride de classe I constitué de PVA, de résine et de Bentonite a conduit à de bonnes propriétés thermiques, photochimiques, barrières à la vapeur d’eau et surtout d’excellentes propriétés barrières à l’oxygène, ce qui ouvre de nouvelles perspectives (emballage alimentaire…)
In the current energetic context, the design of efficient solar photovoltaic panels represents one of the solutions to overcome the coming fossil fuels shortage. However, degradation phenomena of the encapsulant, one of the passive materials of the panel, have been evidenced as one of the reasons of the performance decrease. The aim of this PhD research work was to design, characterize and assess the different properties of more environment-friendly new hybrid organic-inorganic encapsulants. In this way, three materials have been developed using polyvinyl alcohol (PVA), terpenic resins and mineral fillers (silica or clay(Bentonite)). A first material including PVA, resin and silicates, in which both organic and inorganic networksare linked through strong covalent bonds (class II hybrid material), led to thermal and photochemical stabilities, and water vapor and oxygen barriers properties similar to those of commercial encapsulants.Dispersion of silica nanoparticles into PVA/terpenic resin mixture through weak bond then provided a class Ihybrid material showing rather good water vapor barrier properties but optical transmittance too low to beused as an encapsulant, due to the aggregation of the nanoparticles. Finally, despite an optical transparency that should be optimized, a class I hybrid material made of PVA, resin and Bentonite showed promisingbehavior with good thermal, photochemical and water barrier properties and remarkable oxygen barrier properties, which opens up new prospects in the field of food packaging

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Jacob, François. "Mise au point de protocoles simplifiés pour la synthèse du Cu(In, Ga)Se2 en couches minces par évaporation sous vide : étude des matériaux et réalisation de dispositifs photovoltaïques." Nantes, 2006. http://www.theses.fr/2006NANT2024.

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Abstract:

Afin de pouvoir étudier de façon satisfaisante les propriétés des dispositifs photovoltaïques, il est essentiel d'être capable de synthétiser les couches minces qui les composent de manière fiable et reproductible. La première partie de ce travail de thèse a donc concerné la mise en place d'un protocole de dépôt permettant une synthèse contrôlée de couches minces de Cu(In,Ga)Se2 (CIGS), couche absorbante des dispositifs photovoltaïques. L'analyse des points forts et des faiblesses des protocoles rapportés dans la littérature a conduit à en établir de nouveaux. Le plus adapté à nos moyens technologiques nous a permis d'obtenir des couches minces de CIGS de haute qualité conduisant à des dispositifs photovoltaïques à haut rendement (proche de 15%). Il a été établi en tant que protocole de référence au laboratoire et a permis, dans un seconde partie, d'étudier l'influence de la composition du CIGS sur les propriétés physico-chimiques et opto-électroniques des matériaux et des dispositifs photovoltaïques
In order to study the properties of photovoltaic devices, the thin films from which they are composed, must be synthesized following a standardized deposition process. The first part of this thesis concerns the establishment of a new process, well controlled and reproducible, for the Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin films ; the absorber layer of the photovoltaic devices. The analysis of strengths and weaknesses of reported processes has led us to set up some new processes. One of them allows us to obtain high quality CIGS thin films, leading to high efficiency photovoltaic devices (nearly 15%). This new deposition process has been established as the laboratory baseline process and has enabled, in the second part of this work, the study of the influence of the CIGS composition on physical, chemical and optoelectronic properties of materials and photovoltaic devices

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Molière, Timothée. "Intégration de matériaux III-V sur silicium nanostructuré pour application photovoltaïque." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066638.

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Abstract:

Depuis plus de 30ans, les chercheurs essaient de combiner le silicium et le GaAs. Le potentiel de l'intégration du GaAs sur Si est en effet considérable pour le remplacement des substrats coûteux de GaAs ou de Ge dans la fabrication de cellules PV, de photodétecteurs, de LED, de lasers…. Il en est de même pour le développement de nouveaux dispositifs opto- et électroniques par l'intégration monolithique de GaAs sur circuit silicium. Des défis majeurs persistant jusqu'à aujourd'hui doivent toutefois être surmontés.Dans le but de surmonter ces difficultés, nous proposons un concept intéressant qui permet l'hétéroépitaxie de III-V sur Si. Ce concept est basé sur la technique d’épitaxie latérale (ELO) par CBE depuis des ouvertures nanométriques réalisées dans un masque de silice ultra-mince. Cette technique nous a permis d’obtenir des microcristaux de GaAs sans défaut et parfaitement intégrés sur Si grâce à une nucléation depuis des ouvertures de très petits diamètres qui évitent la génération de dislocations dues au désaccord de maille. Le concept étant validé, nous avons poursuivi l’étude en utilisant une 2ème approche de nanostructuration technologique du masque et permettant la localisation des cristaux. L’obtention in fine d’une pseudo-couche de GaAs sur Si sans défaut ni contrainte serait particulièrement utile pour les diverses applications mentionnées. Seront donc présentés le concept d’intégration, puis les résultats de croissance par ces techniques, et des analyses matériaux complémentaire. Pour finir, sera détaillée la structure d’une cellule PV de GaAs/Si devant permettre d’atteindre un rendement de conversion de 29,2%, ainsi que les premiers résultats obtenus
For over thirty years researchers have attempted to combine Si and GaAs. Alternative GaAs-on-Si substrates have a considerable market potential for replacing the costly GaAs or Ge substrate in producing traditional GaAs devices such as solar cells, photodetectors, LEDS, lasers, and microwave devices, and as a new technology for monolithic integration of GaAs elements and silicon integrated circuits. However, major challenges remaining until now must be overcome.In that way, we propose an interesting concept that allows III-V heteroepitaxy on silicon. This concept is based on the Epitaxial Lateral Overgrowth (ELO) by CBE from nanoscale holes through an ultra-thin silica layer. This technique allows us to obtain GaAs microcrystals without any defect and perfectly integrated on Si thanks to nanoscaled nucleation seeds which prevent dislocation generation due to lattice mismatch. The concept being validated, the study has continued using a 2nd approach of nanostructuration to allow crystal localization. The achievement of getting a GaAs pseudo-layer on silicon substrate without any defect or stain would be of great interest for the formerly mentioned applications.So the integration concept of III-V materials on silicon will be introduced, then growth resultants by these techniques, and material characterizations in order to qualify the integrated GaAs on silicon regarding to the opto- and electronic applications. Finally, the structure of a GaAs/Si tandem solar cell will be discussed. After proving this solar cell could reach a 29.2% conversion efficiency, first achievements will be revealed

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Veschetti, Yannick. "Modélisation, caractérisation et réalisation de nouvelles structures photovoltaïques sur substrat de silicium mince." Strasbourg 1, 2005. http://www.theses.fr/2005STR13156.

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Halttunen, Niki. "Nouvelle approche dans l'élaboration de cellules photovoltaïques : réseaux interpénétrés hybrides oxyde-polymère pour hétérojonctions p,n en volume." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066416/document.

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Abstract:

Les récents développements dans le domaine du photovoltaïque ont permis l'apparition de cellules utilisant des technologies nouvelles. Parmi elles on trouve les cellules photovoltaïques hybrides, cependant les méthodes de fabrication utilisées actuellement présentent des défauts. Cette thèse a pour but de proposer deux nouvelles approches pour la préparation de cellules photovoltaïques hybrides sous forme d'hétérojonctions en volume d'un oxopolymère de titane et d'un polythiophène. Dans un premier temps la formation de mésostructures vermiculaires dans des couches minces de TiO2 par autoassemblage par évaporation a été étudiée, l'oxopolymère amorphe obtenu a ensuite été cristallisé en conditions douces. Ces résultats ont ensuite été utilisés afin de préparer des matériaux hybrides à partir d'homopolymères de thiophène portant des substituants hexyl et acide, ainsi qu'à partir de copolymères. Des matériaux hybrides ne présentant pas de macroségrégation ont été obtenus pour un polymère portant des fonctions acides et pour les copolymères. Dans un second temps l'électrochimie du ferrocène et du cuivre ont été étudiés dans des films de TiO2 mésostructuré et mésoporeux, puis deux dérivés thiophène : le mot et l'edot ont été électropolymérisés dans ces structures. Des cellules photovoltaïques ont été préparées en utilisant ces matériaux hybrides et caractérisées par des mesures de la courbe I/E ainsi que par l'étude du rendement quantique externe, des facteurs de forme et des rendements ont été calculés. En conclusion, deux nouvelles approches de synthèse de matériaux hybrides ont été proposées et menées à bien les propriétés photovoltaïques et ces matériaux ont été mesurées
Recent advances in the field of photovoltaics have led to the emergence of new solar cell technologies. Among them can be found the hybrid solar cells, unfortunately the way such cells are built is still a source of problems. The aim of this phd is to develop two new approaches in the synthesis of hybrid materials as bulk heterojunctions. In first place the titanium dioxide component vas prepared by sol-gel process and its mesostructure was studied, low temperature crystallization was also investigated. Those results were used in order to prepare hybrid materials from preformed polymers. The behavior of polythiophènes with hexyl and carboxylic acid functions were used as well as copolymers bearing both functions. Hybrids without macrosegregations phenomena were obtained using acid bearing homopolymers as well as copolymers. The second approach was about investigating the electrochemical behavior of ferrocene and copper ions inside the mesoporosity, this first study was followed by a study of the electropolymerization of mot and edot inside the porosity in order to prepare hybrid materials. The obtained hybrids were studied in solar cells by measuring the I/V curve as well as the external quantum efficiency, fill factors and efficiencies were also obtained. To conclude, both approaches leaded to hybrid materials with measurable photovoltaic properties

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Paquette, Bernard. "Croissance de matériaux et structures semiconductrices appliqués aux cellules photovoltaïques à très haute concentration par épitaxie par jets chimiques." Thèse, Université de Sherbrooke, 2015. http://hdl.handle.net/11143/6073.

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Abstract:

L'énergie solaire est une source d'énergie renouvenable, peu polluante, disponible universellement et abondante. Elle est donc une solution de choix pour résoudre les problèmes énergétiques et environnementaux de l'humanité. Cependant, les panneaux solaires couramment utilisés pour transformer l'énergie solaire en électricité sont encore trop dispendieux pour une utilisation répandue. L'utilisation de lumière concentrée se veut une méthode de réduire les coûts de l'électricité produite, mais cette réduction n'est pas encore atteinte. Ce projet propose d'explorer des matériaux et des structures semiconductrices fabriqués par épitaxie par jets chimiques qui pourraient être utilisés dans des cellules solaires optimisées pour la très haute concentration. En premier lieu, plusieurs designs de cellules solaires sont simulés avec une approche multiphysique pour identifier des structures permettant de minimiser les coûts de l'électricité à travers une maximisation du facteur de concentration. Basé sur ces structures de cellules solaires, plusieurs designs de jonctions tunnels sont simulés et une jonction tunnel standard (GaAs:Te/AlGaAs:C) est choisie. Le GaAs dopé au Te présente un problème de morphologie de surface à haut dopage. Ce problème est étudié et éliminé à travers l'optimisation des conditions de croissance. Dans le cas de l'AlGaAs dopé au C, le niveau de dopage est maximisé à travers l'utilisation d'un précurseur chimique qui n'est pas utilisé en CBE, le TMA. Suite à l'optimisation de ces deux matériaux, des jonctions tunnels avec d'excellentes performances sont crûes. Par la suite, une tentative de croissance de jonction tunnel GaInP/AlGaAs avec des boîtes quantiques en InAs permet d'améliorer le courant tunnel par rapport à une jonction tunnel sans boîtes, mais sans atteindre des performances satisfaisantes pour l'inclusion dans une cellule solaire. Ensuite, un matériau alternatif pouvant servir de jonction p-n dans les structures de cellules solaires, le GaInAsP, est caractérisé par photoluminescence pour explorer l'effet des paramètres de croissance sur la séparation de phase et l'influence de cette séparation sur les propriétés du matériau. On en découvre qu'une forte séparation de phase induit la présence d'états localisés sous le bandgap qui affecterait les performances d'une cellule solaire. Ensuite, il est démontré que le dopage de type n idéal est le Te alors que celui de type p est au Zn. Cependant, les temps de vie obtenus pour le GaInAsP dopé n ou p sont très bas et donneraient de mauvaises performances de cellules solaires. Ces temps de vie sont néamoins meilleurs que ceux obtenus pour l'AlGaAs, l'alternative au GaInAsP.

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Maufroy, Antoine. "Conception et synthèse de matériaux moléculaires pour les cellules photovoltaïques à colorant par sensibilisation de semiconducteur de type p." Nantes, 2015. http://www.theses.fr/2015NANT2104.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de développer de nouveaux sensibilisateurs moléculaires pour améliorer les performances des cellules photovoltaïques à colorant de type p (p-DSSCs pour p type dye sensitized solar cells) qui sont fondées sur l’injection de lacunes électroniques dans la bande de valence d’un oxyde semi-conducteur de type p (NiO dans le cadre de cette thèse). Le premier chapitre décrit l’état de l’art des dispositifs photovoltaïques hybrides en comparaison de celui des cellules solaires inorganiques en abordant également l. Avenir commercial des DSSCs. Le deuxième chapitre porte sur le développement de colorants pour NiO à base de porphyrines de zinc. Les synthèses et caractérisations physico-chimiques approfondies de neuf nouvelles porphyrines « pushpull » ainsi que leurs performances photovoltaïques au sein de dispositifs sont présentés. Enfin, les résultats photovoltaïques sont rationalisés sur la base de calculs quantiques et de mesures photo-physiques par absorption transitoire. Le dernier chapitre aborde la conception de nouveaux colorants à base de phosphole. Ces molécules sont très intéressantes pour cette application en raison de leurs propriétés physico-chimiques originales et elles n’ont jamais été utilisées au sein de p-DSSCs. La synthèse de cinq nouveaux colorants push-pull, où le motif phosphole joue le rôle d’accepteur intermédiaire d’électron, est décrite. La réactivité particulière de l’unité phosphore qui s’isomérise en phospholène est présentée. Les propriétés physico-chimiques de ces colorants sont ensuite étudiées et ces produits sont enfin utilisés au sein de dispositifs p-DSSCs dont les performances photovoltaïques sont analysées
The aim of this thesis is to develop new molecular sensitizers to enhance performances of p-type dye sensitized solar cells (p-DSSCs) which are based on the injection of electronic holes in the valence band of a ptype semiconductor oxide (NiO as part of this thesis). The first chapter describe the state of the art of hybrids photovoltaic devices compared to the inorganic solar cells. The economic future of DSSCs is also addressed. The second chapter deals with the conception of zinc porphyrin based dyes for NiO. Synthesis and detailed physico-chemical characterization of nine new push-pull porphyrins as well as their photovoltaic performances in dispositive are presented. Finally, photovoltaic results are rationalized with the help of quantical calculations and photo-physical measurements by transient absorption. The last chapter deals with the conception of new phosphole based sensitizers. Those molecules are really interesting for this application due to their originals physico-chemicals properties and they have never been used in p-DSSCs. Synthesis of five new push-pull dyes, were phosphole unit acts as an intermediary electron acceptor, is described. Particular reactivity of phosphole units which isomerize itself into phospholene is presented. Physico-chemicals properties of those dyes are then studied and those products are used in p- DSSC devices whose photovoltaic performances are analyzed

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Ibrahim, Samah. "Modélisation et caractérisation des cellules photovoltaïques à haut rendement à base d'hétérojonctions combinant silicium cristallin et couches minces polymorphes." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112268.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la caractérisation électronique des hétérojonctions entre silicium cristallin et silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H/c-Si), qui constituent le cœur d'un nouveau type de cellules photovoltaïques, en vue de leur optimisation. Pour atteindre ce but, un code numérique a été développé. Il permet de prédire les caractéristiques électriques et toutes les variables internes à la structure en régime statique. Le modèle implémenté prend en compte les défauts d'interface permettant ainsi d'évaluer leur incidence sur le comportement de la cellule. En plus, un code de simulation numérique en état dynamique (harmonique) a aussi été inclus pour pouvoir calculer l'impédance des structures, dans l'obscurité et sous illumination, la mesure d'impédance étant une technique de caractérisation importante pour les hétéro-interfaces. Pour finir, on a utilisé le code de simulation développé pour étudier et analyser des structures à hétérojonction a-Si:H/c-Si. Cette analyse concerne principalement la caractérisation de l'interface à l'hétérojonction. Pour cela, deux techniques de caractérisation ont été étudiées : les mesures de capacité de diffusion, et les mesures de photoluminescence. On compare la sensibilité de chaque méthode pour détecter les défauts d'interface tout en variant les propriétés des structures utilisées
This thesis is intended to contribute to the existing body of knowledge concerning the high efficiency a-Si:H/c-Si solar cells, and how to optimise their performances. This is accomplished through the development of a one dimensional numerical simulation tool that helps us to preview the performance a solar cell structure and simulate the results of electrical characterisation. It permits the analysis of the behavior of a many-Iayered hetero-structure under steady state conditions, in the dark as well as under illuminations. We have also added a special module in order to study the dynamic behavior of the structures under harmonic perturbation. This allows us to calculate the capacitance of the studied device. The simulation code has been applied to compare the two characterization techniques for hetero-structures: diffusion capacitance measurements, and photoluminescence measurements. The comparison between the sensibilities of each method to detect interface defects is established by simulating the behavior of solar cell structures having different interface parameters

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Broussillou, Cédric. "Relations traitement thermique – phases – adhérence dans les couches minces constituant les cellules photovoltaïques CuIn(Sx,Se1-x)2 Electrodéposées (CISEL)." Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0082.

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Abstract:

Le semiconducteur CuIn(Sx,Se1-x)2 constituant les cellules photovoltaïques CISEL a fait l’objet d’une étude à partir de deux précurseurs électrodéposés. L’un est un semi-conducteur CuInSe2 nanocristallisé, l’autre est un alliage métallique cuivre-indium. Recuits en présence de soufre, ces deux précurseurs conduisent à deux absorbeurs chalcopyrites, le premier CuIn(Sx,Se1-x)2 est riche en soufre alors que le deuxième CuInS2 est dépourvu de sélénium. Lors de la formation du CuIn(Sx,Se1-x)2, la croissance des grains de CuInSe2 est concomittante avec la substitution du sélénium par le soufre. Pour le CuInS2 l’oxydation du cuivre et de l’indium par le soufre produit des phases soufrées qui réagissent pour former la chalcopyrite. La comparaison des relations entre traitement thermique, formation des phases et adhérence pour les deux chemins réactionnels a permis d’optimiser le recuit et de comprendre pourquoi l’adhérence du CuIn(Sx,Se1-x)2 au substrat est supérieure à celle du CuInS2. Le modèle de comportement mécanique proposé pour le multicouche explique à la fois les ruptures mécaniques ainsi que les phénomènes de croissance sous contrainte observés. Afin d’améliorer l’étude de l’adhérence des multicouches photovoltaïques, on a montré que la technique LASAT® pouvait être utilisée de manière innovante avec des lasers femtosecondes pour mesurer l’adhérence de couches submicrométriques constituant le multicouche photovoltaïque
The semiconductor CuIn(Sx,Se1-x)2 which composes the CISEL solar cells has been formed from two precursor materials. One is a CuInSe2 nanocrystallised semiconductor, the other is a copper-indium alloy. When annealed with sulfur they both react to form chalcopyrite absorbers. The first one CuIn(Sx,Se1-x)2 is sulfur rich while the second one CuInS2 is completely selenium free. During the formation of the CuIn(Sx,Se1-x)2,the CuInSe2 grain growth occurs concomitantly with the substitution of selenium by sulfur. For the CuInS2, the copper and indium metals are oxidized by sulfur which leads to sulphurized binaries and ternaries which react to form the chalcopyrite phase. The comparison of the relations between the thermal treatment process, phase formation and adhesion for the two reactionnal pathways has enabled us to improve the annealing and to understand why the CuIn(Sx,Se1-x)2 adheres better to its substrate than the CuInS2. The mechanical behavior model proposed for the multilayer explains both the material failure and the stress-driven corrosion mechanisms observed. To improve the study of photovoltaic thin films adhesion, the laser shock adhesion test (LASAT®) has been used with femtosecond lasers in order to measure the practical adhesion of layers less than a micron thick

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Pokam, Kuisseu Pauline Sylvia. "Détachement des substrats ultra-minces des matériaux semi-conducteurs par implantation d’hydrogène à hautes énergies pour les applications photovoltaïques et électroniques." Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2035/document.

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Abstract:

Cette thèse a été motivée par l’étude d’un procédé innovant de production de substrats ultra-minces (d’épaisseur variant de 15 μm à 70 μm), basé sur l’implantation d’hydrogène à haute énergie, dans notre cas comprise entre 1MeV et 2.5MeV. Une telle implantation suivie d’un traitement thermique approprié, conduit au détachement d’un film mince autoporté, appelé « substrat ultra-mince ». L’intérêt de ce procédé de détachement est purement économique, car il ne génère presque aucune perte de matière première. Nous l’avons particulièrement utilisé pour produire des substrats ultra-minces de silicium (100), pour la production des cellules PV bas-coûts. Dans le but d’élargir les champs d’applications du procédé, le détachement de substrats ultra-minces de deux autres matériaux (le Ge et le SiC) très utilisés en électronique a aussi été étudié. Ainsi, dans cette étude, les paramètres optimaux d’implantation (énergie et fluence) et de recuits conduisant au détachement de grandes surfaces de Si(100) ont tout d’abord été investigués. Ensuite, l’application technologique du procédé proposé a été validée par la réalisation des cellules solaires au moyen des substrats ultrafins de Si détachés (50 μm et 70 μm d’épaisseur). Les performances PV obtenues ont été assez proches de celles obtenues avec une cellule référence réalisée sur un substrat standard. Par la suite, une étude détaillée faite par TEM et par FTIR sur les défauts étendus à différents stades de recuits a permis de mettre en lumière la nature et la distribution spatiale des défauts précurseurs de la fracture dans le Si après implantation à haute énergie. Enfin, des essais de détachements réalisés avec le Ge et le SiC, lesquels ont été comparés au cas du Si, ont permis d’en savoir plus sur les critères de détachement. En effet, plus le matériau sera rigide, i.e. plus il aura un module d’Young élevé, plus la fluence et la température de recuit nécessaires pour le détachement seront élevées
The motivation of this thesis was the study of an innovative process for the production of ultra-thin substrates (with thicknesses between 15 μm and 70 μm), based on the high energy hydrogen implantation, in our case in the range of 1 MeV to 2.5 MeV. Such an implantation followed by an appropriate thermal annealing, lead to the delamination of a freestanding thin layer, that we call “ultra-thin substrate”. The benefit of this delamination process is purely economic, since almost no raw material is lost. We have particularly used this process to produce ultra-thin (100) Si substrates, for the production of low-cost PV solar cells. In order to extend the process application fields, the delamination of ultra-thin substrates of two other materials (Ge and SiC) widely used in electronics has been also studied. In our work, the optimal implantation parameters (energy and fluence) and thermal annealing, leading to the delamination of large areas of Si (100) were first investigated. Subsequently, in order to validate the technological application of our process, solar cells have been performed with ultra-thin silicon substrates delaminated, with thicknesses of 50 μm and 70 μm. Results of PV performances obtained were quite close to those obtained with a reference solar cell achieved on a standard substrate. After that, in order to highlight the nature and the spatial distribution of fracture precursor defects after high energy hydrogen implantation in silicon, which had not yet done so far the subject of specific studies, characterizations have been carried out at different annealing stages, by means of TEM and FTIR. Finally, delamination results obtained with Ge and SiC, which were compared to the case of Si, helped us to learn more about delamination criteria. Indeed, we observed that, as the material rigidity increase, i.e. as the Young modulus is higher, the fluence and temperature require for the delamination will be also high

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Vauthelin, Alexandre. "Fabrication et caractéristiques de cellules photovoltaïques multi-jonctions à base de matériaux antimoniures (III-Sb) pour applications sous fortes concentrations solaires." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS073/document.

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Abstract:

Le développement des systèmes de conversion photovoltaïques ces trente dernières années a permis des améliorations considérables en terme de coût et de performances. A ce jour, les meilleurs rendements de conversion photovoltaïques sont obtenus avec des systèmes à oncentration solaire utilisant des cellules multi-jonctions (MJ) à base de matériaux semi-conducteurs III-V. Dans ce domaine, le meilleur rendement atteint à ce jour est de 46,0 % sous une concentration de 508 soleils avec une cellule à 4 jonctions issu du partenariat Soitec/Fraunhofer ISE/CEA. Cette cellule MJ est composée d’une cellule tandem accordée sur GaAs assemblée par collage moléculaire à une autre cellule tandem accordée sur InP. Bien que le rendement atteint soit élevé, les performances de la cellule sont limitées sous fortes concentrations à cause de ce collage moléculaire. Dans le domaine des fortes concentrations, le record est actuellement détenu par la société américaine Solar Junction avec un rendement de 44,0 % mesuré sur une cellule triple jonction monolithique en GaInP/GaAs/GaInNAs de 0,3 cm² pour un taux de concentration de 942 soleils (irradiance directe de 942 kW/m²). Une seconde cellule a atteint un rendement performant à une irradiance directe supérieure à 1 MW/m², il s’agit d’une cellule tandem en GaInP/GaAs de l’IES-UPM qui a atteint 32,6 % sous une concentration de 1026 soleils.Dans le contexte précédent, les travaux présentés dans ce manuscrit visent à l’évaluation d’une nouvelle filière dans le domaine du CPV à base de semi-conducteurs III-V : la filière antimoniure (III-Sb). Les cellules que nous avons étudiées dans le cadre de cette thèse sont à base de GaSb et de l’alliage AlxGa1-xAsySb1-y, fabriquées de façon monolithique par MBE (Molecular Beam Epitaxy) sur substrat GaSb. Ce type de cellules, du fait de la très bonne complémentarité des gaps des matériaux, constitue une alternative crédible et originale aux cellules existantes pour une utilisation sous flux solaire fortement concentré.Le travail à réaliser dans le cadre de cette thèse porte sur :- La caractérisation électrique et optique des alliages quaternaires utilisés.- La conception et le design des cellules.- La réalisation et la mise au point de toutes les étapes technologiques nécessaires à la conception des cellules (photolithographie UV, gravure, métallisation, …).- La caractérisation électrique et optique des cellules fabriquées (I(V), TLM, réponse spectrale, …).- La caractérisation des cellules sous flux solaire (fortement) concentré.Ce travail a été cofinancé par l’Université de Montpellier et le LabEx SOLSTICE
The development of photovoltaic conversion systems these past thirty years led to considerable improvements in terms of cost and performances. The best conversion efficiencies are currently obtained with solar concentration systems associated with multi-junction solar cells (MJSC) made of III-V materials. In this field, the record efficiency is of 46.0% under a 508-sun solar concentration with a 4-junction cell from Soitec/Fraunhofer ISE/CEA. This MJSC is composed of a tandem cell lattice-matched to GaAs wafer bonded to another tandem cell lattice-matched to InP. Although it reached high conversion efficiency, its performances are limited under solar concentration because of the wafer bonding. In the field of high solar concentrations, the record is held by Solar Junction with a monolithic triple junction GaInP/GaAs/GaInNAs cell of 0.3 cm² that reached an efficiency of 44.0% under 942 suns (direct irradiance of 942 kW/m²). Another high solar concentration efficiency record worth mentioning is held by IES-UPM with a tandem solar cell (GaInP/GaAs) that reached an efficiency of 32.6% under a concentration of 1026 suns.In this context, the work presented in this manuscript aims to evaluate the potential of a new family of III-V materials for high solar concentration applications: antimonide-based materials (III-Sb). The studied cells in this thesis are made out of GaSb and the quaternary AlxGa1-xAsySb1-y, monolithically grown by MBE (Molecular Beam Epitaxy) on a GaSb substrate. These materials, thanks to the large range of available band-gaps, represent an original and well-founded alternative to existing solar cells for high solar concentration applications.The work achieved in this thesis covers:- The electrical and optical characterization of the quaternary materials used.- The conception and designing of the cells.- The production and tuning of every technological steps in order to fabricate our solar cells (UV photolithography, etching, metal deposition,…).- The electrical and optical characterization of our fabricated solar cells (I(V), TLM, spectral response,…).- The characterization under (high) solar concentration of our cells.This work was cofounded by the University of Montpellier and the LabEx SOLSTICE

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Aliouat, Mouaad Yassine. "Etude structurale, mécanique et optique des matériaux polymères pour le photovoltaïque étirable." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2020. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/201117_ALIOUAT_890hbteq235slkzy966adclc157r_TH.pdf.

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Abstract:

Les cellules photovoltaïques ont connu un développement important en termes d’applications grâce à l’utilisation des films minces en polymères π-conjugués comme matériaux actifs, ce qui a généré une nouvelle famille de cellules dites «organiques». Ainsi, l’association de ces films minces organiques avec des supports étirables ouvre de nouvelles applications dans tous les secteurs. Cependant, le comportement mécanique des polymères en films minces ou dans les empilements est encore mal connu, ainsi que l’impact des déformations sur les propriétés électriques ou optiques. Ce travail de thèse a porté dans un premier temps sur l’amélioration de la qualité des films minces polymères, afin d’étudier leurs propriétés structurales, optiques et mécaniques. Nous avons utilisé deux techniques de caractérisation qui se sont avérées complémentaires: la diffraction des rayons X au synchrotron, pour connaître les propriétés structurales des films minces, l’ellipsométrie spectroscopique pour extraire leurs indices optiques. Les résultats obtenus ont montré une très bonne corrélation entre les paramètres de structure mesurés par la DRX et les modèles ellipsométriques. Une méthodologie originale a ensuite été développée afin d’effectuer des mesures in-situ de DRX sous traction mécanique couplées avec des observations en microscopie optique. Nous avons observé que les chaînes de polymère sont en compression dans la direction perpendiculaire à la traction et mieux orientées, jusqu’à une valeur critique d’allongement, au-delà de laquelle l’énergie élastique diminue au bénéfice de la propagation de fissures, ce qui engendre une relaxation de la contrainte et une dégradation de l’orientation
Solar cells have shown tremendous progress in terms of applications thanks to the use of π-conjugated semi-conducting polymer layers as active materials. This has generated a new family of photovoltaic cells called ‘organic’. Moreover, using stretchable supports opens many new nomadic applications in all fields. However, there is still a lack of understanding of the behavior of the electrical and the optical properties of polymer layers under mechanical load. This work is aiming firstly at improving the quality of polymer layers. Then at studying their structural, optical and mechanical properties. For that purpose, two characterization methods have been used: X-ray diffraction at synchrotron is used to probe the structural properties of polymer layers and to know how polymer chains are oriented, spectroscopic ellipsometry is used to extract their optical indices. The obtained results revealed that the structural properties measured by XRD are in good correlation with the optical properties extracted from the optical measurements. In addition to that, we have developed a novel methodology for in-situ XRD measurements coupled with optical microscopic observations to measure the structural parameters of layers and to probe the mechanical behavior of polymer chains under uniaxial tensile load. It is observed that until a given value of stretching, the polymer chains are in compression stress under tensile strains, and they become more oriented. Beyond this value of stretching, the polymer order declined and the compressive stress was relaxed. This relaxation is explained by the increased number of cracks spreading over the entire film as observed using optical microscopy

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Bailly, Loïc. "Cellules photovoltaïques organiques souples à grande surface." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01005188.

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Abstract:

Afin d obtenir une approche où l aspect industriel du projet est soutenu par les connaissances académiques et les capacités analytiques du monde de la recherche, ce travail portant sur les cellules photovoltaïques organiques souples grande surface commence par décrire l énergie photovoltaïque dans son ensemble. Les tenants et aboutissants de son développement sont détaillés, ainsi que ses filières technologiques. Les semi-conducteurs organiques, les mécanismes physiques mis en jeu dans la production d électricité d origine photovoltaïque et les grandeurs électriques associées aux cellules photovoltaïques organiques ainsi que les différentes structures de celles-ci sont ensuite présentés. Les dispositifs réalisés dans le cadre de ce travail sur les cellules photovoltaïques organiques sont présentés. Les différentes techniques de dépôt de couches minces, aussi bien celles permettant la production en masse que celles permettant la production à plus petite échelle sont présentées. Cette présentation s accompagne d une recherche qui se veut exhaustive des publications relatant l utilisation des ces techniques d impression afin de créer des dispositifs photovoltaïques organiques. Une comparaison de ces différentes techniques est menée afin de déterminer les modes de production pertinents. Une étude bibliographique complète menée sur les cellules grande surface est présentée. Les cellules et modules réalisés grâce au procédé pilote d enduction par héliogravure sont ensuite présentés. Le travail réalisé sur un autre procédé, le doctor blade , est ensuite exposé. Enfin, la problématique du séchage et du recuit des couches minces déposées en continu est posée, et le traitement micro-onde proposé comme solution.

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Lebrun, Jean-marie. "Etude des mécanismes d'oxydation et de frittage de poudres de silicium en vue d'applications photovoltaïques." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00800514.

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Abstract:

La conversion photovoltaïque présente de nombreux avantages. Actuellement, les technologiesbasées sur l'élaboration de wafers de silicium cristallins dominent le marché, mais sont responsablesde pertes de matières importantes, très néfastes au coût de production des cellules. Le défi à releverest donc la réalisation de matériaux bas coûts en silicium par un procédé de métallurgie des poudres.Cependant, le frittage du silicium est dominé par des mécanismes de grossissement de grains quirendent la densification difficile par frittage naturel. Dans la littérature, l'identification de cesmécanismes est sujette à controverse. En particulier, le rôle de la couche d'oxyde natif (SiO2) à lasurface des particules de silicium reste inexploré. Dans ce manuscrit, l'influence de l'atmosphère surla réduction de cette couche de silice au cours du frittage est étudiée par analysethermogravimétrique. Les cinétiques de réduction sont en accord avec un modèle thermochimiqueprenant en compte, les quantités d'oxygène initialement présentes dans poudre, la pression partielleen espèces oxydantes autour de l'échantillon et l'évolution de la porosité du fritté. Pour la premièrefois, des données expérimentales permettent de montrer que la couche de silice inhibe legrossissement de grain. Des nouveaux procédés, basés sur un contrôle de l'atmosphère enmonoxyde de silicium (SiO(g)) autour de l'échantillon, sont alors proposés afin de maitriser la stabilitéde cette couche. Bien que la couche d'oxyde retarde les cinétiques de diffusion en volume, sonmaintien à des températures de 1300 - 1400 °C permet d'améliorer significativement la densification.Dans ces conditions, le comportement au frittage du silicium peut être séparé en deux étapes,clairement mises en évidences par la présence de deux pics de retrait sur les courbes de dilatométrie.Ce résultat est inhabituel compte tenu de l'aspect monophasé du matériau étudié. Cependant, il peutêtre expliqué à l'aide d'un modèle cinétique de frittage, basé sur des simplifications géométriques enaccord avec l'évolution microstructurale du matériau.

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Halttunen, Niki. "Nouvelle approche dans l'élaboration de cellules photovoltaïques : réseaux interpénétrés hybrides oxyde-polymère pour hétérojonctions p,n en volume." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2015PA066416.pdf.

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Abstract:

Les récents développements dans le domaine du photovoltaïque ont permis l'apparition de cellules utilisant des technologies nouvelles. Parmi elles on trouve les cellules photovoltaïques hybrides, cependant les méthodes de fabrication utilisées actuellement présentent des défauts. Cette thèse a pour but de proposer deux nouvelles approches pour la préparation de cellules photovoltaïques hybrides sous forme d'hétérojonctions en volume d'un oxopolymère de titane et d'un polythiophène. Dans un premier temps la formation de mésostructures vermiculaires dans des couches minces de TiO2 par autoassemblage par évaporation a été étudiée, l'oxopolymère amorphe obtenu a ensuite été cristallisé en conditions douces. Ces résultats ont ensuite été utilisés afin de préparer des matériaux hybrides à partir d'homopolymères de thiophène portant des substituants hexyl et acide, ainsi qu'à partir de copolymères. Des matériaux hybrides ne présentant pas de macroségrégation ont été obtenus pour un polymère portant des fonctions acides et pour les copolymères. Dans un second temps l'électrochimie du ferrocène et du cuivre ont été étudiés dans des films de TiO2 mésostructuré et mésoporeux, puis deux dérivés thiophène : le mot et l'edot ont été électropolymérisés dans ces structures. Des cellules photovoltaïques ont été préparées en utilisant ces matériaux hybrides et caractérisées par des mesures de la courbe I/E ainsi que par l'étude du rendement quantique externe, des facteurs de forme et des rendements ont été calculés. En conclusion, deux nouvelles approches de synthèse de matériaux hybrides ont été proposées et menées à bien les propriétés photovoltaïques et ces matériaux ont été mesurées
Recent advances in the field of photovoltaics have led to the emergence of new solar cell technologies. Among them can be found the hybrid solar cells, unfortunately the way such cells are built is still a source of problems. The aim of this phd is to develop two new approaches in the synthesis of hybrid materials as bulk heterojunctions. In first place the titanium dioxide component vas prepared by sol-gel process and its mesostructure was studied, low temperature crystallization was also investigated. Those results were used in order to prepare hybrid materials from preformed polymers. The behavior of polythiophènes with hexyl and carboxylic acid functions were used as well as copolymers bearing both functions. Hybrids without macrosegregations phenomena were obtained using acid bearing homopolymers as well as copolymers. The second approach was about investigating the electrochemical behavior of ferrocene and copper ions inside the mesoporosity, this first study was followed by a study of the electropolymerization of mot and edot inside the porosity in order to prepare hybrid materials. The obtained hybrids were studied in solar cells by measuring the I/V curve as well as the external quantum efficiency, fill factors and efficiencies were also obtained. To conclude, both approaches leaded to hybrid materials with measurable photovoltaic properties

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Aviles, Thomas. "Etude du dépôt par pulvérisation cathodique des matériaux pour la réalisation de cellules photovoltaïques couche mince à base de CIGS ou CZTS." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10126.

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Abstract:

Ma thèse a permis d’initier l’activité de recherche sur les cellules en couche mince à base de matériaux chalcopyrite et kësterite (CIGS et CZTS) et d’entamer leur réalisation technologique. En intégrant des critères économiques et environnementaux, nous avons défini une stratégie en deux points (i) utilisation de la pulvérisation cathodique comme unique procédé de dépôt pour tous les matériaux et utilisation de cibles uniques pour les matériaux composés. (ii) remplacement des matériaux toxiques et rares. J’ai alors développé le contact arrière en molybdène déposé sur verre sodocalcique, ayant les propriétés électriques requises et une bonne adhésion au substrat. Nous avons vérifié que le sodium présent dans le substrat migre jusqu’à la surface du molybdène. Après une étude bibliographique du dépôt de CIGS par cible unique, j’évalue les avantages et difficultés afférentes à cette méthode. Après une étude bibliographique des méthodes de formation du CZTS et après une étude de pulvérisation de CZTS à partir d’une cible unique, je justifie le choix d’une méthode originale de pulvérisation à partir de trois sources. Je présente ensuite une étude bibliographique évaluant la possibilité de déposer une couche tampon en Zn(O,S) par pulvérisation pour remplacer le CdS déposé par bain chimique. Enfin, après une étude montrant que notre équipement ne permet pas d’obtenir des couches d’AZO ayant les propriétés électriques requises, une étude matériau des couches d’ITO déposées par pulvérisation RF est réalisée. Des couches d’ITO amorphe ayant d’excellentes propriétés électriques et optiques sont obtenues et leur utilisation en tant que fenêtre optique des cellules est proposée
Thin film photovoltaic cells based on CIGS and CZTS materials has been initiated in this work. Environmental and economic issues have been taken into account to define an original strategy. We aim to substitute all the toxic and rare materials by abundant and non-toxic materials. In order to simplify the fabrication process, we also decide to deposit all layers using sputtering technique. The molybdenum back contact has been developed on a soda lime glass (SLG) substrate, with adequate electrical properties and good adhesion to the substrate even after thermal treatments similar to those used during the absorber formation. We have verified the required sodium migration from the SLG substrate to the molybdenum surface. A bibliographic study has been done to evaluate a single-target sputtering method to form CIGS and CZTS films. CZTS thin film deposition from a single target has been studied, with unsatisfactory results. We finally suggest an original multi-target method. Then, a bibliographic study has been done to evaluate the relevance of a sputtered Zn(S,O) buffer layer to replace the CBD-CdS conventional buffer layer. A study of RF-sputtered AZO films has been carried out, but we didn’t obtain the required electrical conductivity. We finally study RF-sputtering of ITO films. We developed amorphous ITO thin films with excellent electrical and optical properties. We suggest using this material as the window layer of solar cells

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Favereau, Ludovic. "Matériaux moléculaires pour reproduire le schéma en Z de la photosynthèse et pour l'amélioration des performances des cellules photovoltaïques hybrides à colorant." Nantes, 2014. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=17b3fe5d-49cd-4b3d-95fe-9411ca40a6ca.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse consistait à développer des systèmes moléculaires et hybrides (molécules chimisorbées à la surface d’un semi-conducteur (SC) de type n et p) capables de convertir l’énergie solaire en une forme directement utilisable par l’Homme : énergie électrochimique et électrique. Les deux premiers chapitres décrivent la conception et la synthèse de systèmes moléculaires artificiels en vue de reproduire pour la première fois la fonction du schéma en Z de l’appareil photosynthétique naturel. Pour accomplir cela, notre stratégie, analogue à celle de la Nature, a consisté à lier de façon covalente deux photosystèmes moléculaires distincts : PS1 et PS2, capables d’engendrer chacun, deux processus photoinduits de séparations des charges. La génération des deux états à charges séparées évoqués ci-avant au sein de la même architecture moléculaire, permet alors l’évolution du système vers un état final à charges séparées comprenant un fort oxydant et un fort réducteur, par une réaction de recombinaison des charges entre une espèce réduite du PS2 et une oxydée du PS1, à l’instar du schéma en Z naturel. Le troisième chapitre porte sur les cellules photovoltaïques hybrides à colorant fondées sur l’emploi d’un SCp (NiO). En vue d’améliorer les performances de celles-ci par une meilleure compréhension des processus impliqués, trois colorants organiques fondés sur les dicétopyrrolopyrroles ont été synthétisés et testés dans des dispositifs photovoltaïques. L’ingénierie de l’interface « colorant-NiO » par passivation de la surface du SC a permis d’obtenir des rendements de photoconversion intéressants, offrant de nouvelles perspectives pour l’amélioration de ces cellules
The aim of this thesis concerns the development of new photomolecular and hybrid systems (molecules chemisorbed at the surface of a n- and p-type semiconductor) to convert solar energy into electrochemical and electrical energy. The first two chapters involve the synthesis and the characterization of new molecular materials to mimic, for the first time, the Z scheme function of oxygenic photosynthesis. The concept proposed herein consists in electronically coupling two photoinduced charge separation processes brought about by two photons inside two distinct photomolecular systems: PS1 and PS2. Inside the same molecular architecture, the formation of the two charge separated states noted above brings on the production of a final charges separated state containing a strong oxidant and a strong reductant, similary to what occurs in natural photosynthesis. The final chapter deals with the sensitization of p-type semi-conductors for photovoltaic conversion. New organic dyes based on the diketopyrrolopyrrole unit were synthetized and characterized, allowing us to enhance NiO DSSC photoconversion efficiency. Moreover, the engineering of the “Dye-NiO” interface by a passivating layer offers the possibility to obtain higher photoconversion efficiency (PCE), and paving the way to new strategies to enhance the PCE of this type of device

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Baba, Kamal. "Développement et optimisation du procédé Spray Plasma de dépôt de couches minces d'oxyde de zinc : application aux cellules photovoltaïques." Paris 13, 2013. http://scbd-sto.univ-paris13.fr/secure/edgalilee_th_2013_baba.pdf.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour but la mise au point et l’optimisation d’un nouveau procédé de dépôt de couches minces d’oxyde de zinc pour des applications photovoltaïques. Le principe de ce procédé, nommé « Spray Plasma », consiste à injecter un aérosol de microgouttelettes d’une solution aqueuse de nitrate ou chlorure de zinc dans un réacteur plasma basse pression. Sous l’effet de l’évaporation rapide et la réactivité du plasma d’argon/oxygène, le précurseur de zinc est transformé en couches minces d’oxyde sur la surface du substrat à température contrôlée. La transformation chimique fait intervenir des radicaux d’oxygène, de OH, des électrons, et des espèces excitées d’argon ou d’oxygène. La caractérisation expérimentale de la décharge par spectroscopie d’émission et par sonde de Langmuir nous a permis de déterminer les paramètres plasma tels que la température électronique (2-4 eV), la température du gaz (400 K), la densité des ions ainsi que l’évolution des espèces réactives du plasma. Parallèlement, ont été développés un modèle hydrodynamique pour calculer l’évolution de la taille et de la température des gouttelettes dans le réacteur d’une part, et un modèle cinétique en volume pour calculer l’évolution des paramètres du plasma d’autre part. La caractérisation des films par différentes techniques (DRX et MEB) nous a montré l’obtention de films nanostructurés avec des vitesses de dépôt de l’ordre de 90 nm/min. Le contrôle des paramètres de dépôt tels que la température du substrat, la concentration en précurseur et la fraction d’oxygène, permet de contrôler l’orientation cristalline, l’épaisseur, la rugosité et la taille des grains des films. Nous avons étudié le rôle de chaque paramètre sur la croissance des films et leurs propriétés structurales, optiques et électriques et corrélé ces résultats avec les caractéristiques du plasma
The aim of this work is the development and the optimization of a new method for ZnO thin film deposition for photovoltaic applications. The principle of this so called Spray Plasma process, is the injection of a spray of micro droplets of an aqueous solution of zinc in a low pressure plasma reactor. Under the effect of evaporation and Ar/O2 plasma reactivity, the precursor is converted to zinc oxide thin films on the substrate surface at controlled temperature. Chemical transformation involves oxygen and OH radicals, electrons and excited species from oxygen or argon. The experimental characterization of the discharge by emission spectroscopy and Langmuir probe allowed the plasma parameters to be determined such as electron temperature (2-4 eV), gas temperature (400 K) and the density of ions. In parallel, two models were developed: a hydrodynamic model to calculate the droplet size and temperature evolution in the reactor, and a kinetic model to calculate the plasma parameter evolution. The characterization of the films by different techniques (XRD and SEM) revealed nanostructured films with a typical deposition rate of 90 nm/min. Control of the deposition parameters such as precursor’s concentration and oxygen ratio allows the control of crystal orientation, thickness, surface roughness and grain size of the deposited films. We studied the role of each parameter on film growth and their properties and correlated these results with the characteristics of the plasma

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Bourlier, Yoan. "Etude de films minces de CuInS2, CuIn1-xGaxS2, et Cu2ZnSnS4, élaborés par voie sol-gel, destinés aux applications photovoltaïques." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10004/document.

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Abstract:

Ce travail de recherche porte sur l’élaboration et la caractérisation de films minces photo-absorbants de CuInS2, CuIn1-xGaxS2, et de Cu2ZnSnS4 destinés aux applications photovoltaïques. Les films minces ont été préparés par voie sol-gel puis déposés par enduction centrifuge sur substrat de silicium ou de verre. Les sols, formés à partir d’acétates métalliques et d’alcanolamines, ont été étudiés par spectroscopie IR, viscosimétrie et ATD-ATG. Les paramètres de dépôts des sols, et les traitements de calcination, ont ensuite été optimisés. Des films d’oxydes multi-couches, sans fissuration, et de faibles rugosités ont ainsi été élaborés. Une dernière étape de sulfuration des films d’oxydes a été effectuée afin de former les composés souhaités. Les films sulfurés ont fait l’objet d’une étude approfondie par DRX, EDX, MEB, AFM, spectroscopie UV-VIS-nIR et mesures par effet Hall. Leurs structures, leurs morphologies, mais aussi leurs propriétés optiques et électriques ont ainsi pu être étudiées. L’interface des films de CuInS2 avec le film de Mo, utilisé comme contact ohmique arrière de la cellule solaire, a également été étudiée par micro-EDX à l’aide d’analyses MET. Les résultats obtenus montrent que le procédé sol-gel, bien que très peu développé dans le domaine des cellules photovoltaïques, est une voie de synthèse bien adaptée à l’élaboration de films minces à structure chalcopyrite et kësterite. Ces résultats sont très prometteurs pour la réalisation d’une cellule solaire par voie sol-gel
This research activity concerns the elaboration and characterization of photo-absorbing thin films of CuInS2, CuIn1-xGaxS2, and Cu2ZnSnS4 devoted to photovoltaic applications. The thin films were prepared by sol-gel process and deposited by spin-coating technique on silicon and glass substrates. The sols, synthesized from metallic acetates and alcanolamines, were studied by IR-spectroscopy, viscosimetry, and TDA-TGA. The deposition parameters of the sols, and the calcination treatments were then optimized. The multi-layers oxides films produced were obtained without cracks and with low roughness. The last step was to produce the desired compounds through the sulfurization of the oxides films. The sulfurized films were studied by XRD, EDX, SEM, AFM, UV-VIS-nIR spectroscopy, and Hall Effect measurements. Their structures, morphologies, as well as their optical and electrical properties have been investigated. The interface between CuInS2 films and Mo film, defined as a back-contact of the solar cell, was also studied by micro-EDX with TEM analysis. Despite the fact that sol-gel process is not well-developed in the photovoltaic field, the obtained results show that sol-gel process is a well-adapted technique for elaboration of thin films with chalcopyrite and kesterite structures. These results are very promising for the achievement of a sol-gel solar cell

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Giudicelli, Emmanuel. "Evaluation d’une filière technologique de cellules photovoltaïques multi-jonctions à base de matériaux antimoniures (III-V)-Sb pour applications aux très fortes concentrations solaires." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT330/document.

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Abstract:

La conversion photovoltaïque (PV) de l’énergie solaire repose sur la capacité qu’ont certains matériaux à convertir l’énergie des photons en courant électrique. Le développement des systèmes de conversion PV ces trente dernières années a permis des améliorations considérables en terme de coût et de performances dans le domaine des énergies renouvelables.Une cellule multi-jonctions (MJ), à base de matériaux semi-conducteurs III-V, est un empilement de sous-cellules aux gaps décroissants qui permet notamment une plus large utilisation du spectre solaire. Soumettre ces cellules PV à un flux solaire concentré permet d’augmenter significativement la puissance électrique créée par celles-ci, et ainsi d’abaisser substantiellement le coût de l’électricité produite.Le record du monde est actuellement détenu par le partenariat Soitec / Fraunhofer ISE avec un rendement de 46,0 % mesuré sur une cellule quadruple-jonctions en GaInP/GaAs//InGaAsP/InGaAs pour un taux de concentration de 508 X (où 1 X =1 soleil = 1 kW/m²).L’objectif du travail réalisé dans le cadre de cette thèse est de proposer une alternative aux cellules existantes plus simple à mettre en œuvre avec des cellules MJ monolithiques accordées sur substrat de GaSb pour des concentrations solaire de 1 000, soit une irradiance directe de 1 MW/m². Ce type de cellules, du fait de la très bonne complémentarité des gaps des matériaux et ses alignements de bandes favorables, constitue une alternative crédible et originale aux cellules existantes pour une utilisation sous flux solaire fortement concentré.Afin de mieux comprendre la cellule multijonctions III-Sb optimale, les travaux réalisés ont porté sur la fabrication et la caractérisation des trois sous-cellules fabriquées indépendamment. Ces trois échantillons épitaxiés sont l’Al0,9Ga0,1As0,07Sb0,93 (cellule Top), l’Al0,35Ga0,65As0,03Sb0,97 (cellule Middle) et le GaSb (cellule Bottom) ayant comme gaps respectifs 1,6 eV, 1,22 eV et 0,726 eV à 300 K.Le travail présenté dans cette thèse porte sur :- La réalisation et la mise au point de toutes les étapes technologiques nécessaires à la fabrication des cellules (dépôts métalliques, gravure humide et sèche par plasma …).- La caractérisation des métallisations par structure TLM (Transmission Line Method) dont le meilleur résultat obtenu concerne une métallisation tri-couche Cr/Pd/Au (30/30/30 nm) sur substrat GaSb type P.- La caractérisation sous obscurité courant-tension des paramètres électriques des cellules PV à température ambiante et en fonction de la température.- La caractérisation thermique par mesure de la conductivité thermique des matériaux et une cartographie de température de surface en fonction du flux solaire concentré en conditions réelles.- La caractérisation électro-optique par réponse spectrale, à partir de laquelle nous avons calculé le rendement quantique externe qui représente le rapport entre la quantité d’électrons créés et la quantité de photons incidente.- La caractérisation sous illumination à 1 soleil (1 000 W/m²) sous simulateur solaire et en conditions solaire dont nous avons comparé les paramètres électriques.- La caractérisation des cellules sous flux solaire (fortement) concentré au laboratoire PROMES. Les meilleurs rendements obtenus pour les cellules PV Bottom, Middle et Top respectifs de 4,6 % à 40 X (proche de l’état de l’art), 8,2 % à 96 X et 5,4 % à 185 X (première mondiale pour ces matériaux quaternaires).Ce travail a été cofinancé par le Ministère de l’Education et de la Recherche (Allocation ED) et le Labex SOLSTICE.Photovoltaic (PV) solar energy consists on the ability of certain materials to convert the photon energy into electric current. The development of PV conversion systems in the past thirty years has led to considerable improvements in terms of cost and performance in the field of renewable energies
Photovoltaic (PV) solar energy consists on the ability of certain materials to convert the photon energy into electric current. The development of PV conversion systems in the past thirty years has led to considerable improvements in terms of cost and performance in the field of renewable energies.A multi-junction (MJ) cell, based on III-V semiconductor materials, is a stack of sub-cells with decreasing gaps which notably allows wider use of the solar spectrum. Exposing these PV cells to a concentrated solar flux can significantly increase the electrical power generated, and therefore substantially lower the cost of electricity yielded.The world record is currently held by the partnership Soitec / Fraunhofer ISE with an efficiency of 46.0 % measured on a four-junction cell GaInP/GaAs//InGaAsP/InGaAs for a concentration ratio of 508 X (where 1 X = 1 sun = 1 kW/m²).The objective of the work in this thesis is to propose an alternative to existing cells, easier to implement with monolithic MJ cells grown on a GaSb substrate for solar concentrations of 1 000, which corresponds to a direct irradiance of 1 MW/m². This type of cell, due to the good complementary of the material gaps and its favorable band alignments, is a realistic and original alternative to existing cells for use under highly concentrated solar flux.To better understand the optimal multijunction III-Sb cell, the work carried out consisted on the manufacturing and characterization of the three sub-cells independently.These three epitaxial samples are Al0,9Ga0,1As0,07Sb0,93 (Top cell), the Al0,35Ga0,65As0,03Sb0,97 (Middle cell) and GaSb (Bottom cell) having as respective gaps 1.6 eV, 1.22 eV and 0.726 eV at 300 K.The work presented in this thesis is:- The establishment of all the technological steps required to manufacture the cells (metal deposition, wet and dry plasma etching ...).- The characterization of metallization by TLM structure (Transmission Line Method) with the best result being a three-layer metallization Cr/Pd/Au (30/30/30 nm) on a GaSb P-type substrate.- The characterization under dark of current-voltage electrical parameters of PV cells at room temperature and in function of the temperature.- The thermal characterization by measuring the thermal conductivity of the materials and a surface temperature mapping in function of the concentrated solar flux in realistic conditions.- The electro-optical characterization by spectral response, from which we calculated the external quantum efficiency which is the ratio between the amount of electrons created and the amount of incident photons.- The characterization under 1 sun illumination (1 000 W/m²) in a solar simulator and in realistic conditions of which we compared the electrical parameters.- The characterization of solar cells under (highly) concentrated solar flux in the PROMES laboratory.The best efficiencies for Bottom, Middle and Top PV cells respectively are 4.6 % for 40 X (close to the state of the art), 8.2 % for 96 X and 5.4 % for 185 X (world first for these quaternary materials).This work was cofounded by the Ministry of Education and Research (ED Research grant) and Labex SOLSTICE

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Derrien, Thibault. "Nanostructuration de cellules photovoltaïques par impulsion laser ultracourte. : étude numérique des mécanismes de formation." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4005.

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Abstract:

La texturisation de matériaux par irradiation laser ultracourt est un procédé permettant de modifier les propriétés optiques et électriques de la matière en formant des nano et microstructures en surface, apparaissant au cours des irradiations successives. Le contrôle du procédé et le développement des applications nécessitent une compréhension des mécanismes mis en jeu. Les processus intervenant sont étudiés à l'aide de simulations numériques, et sont comparés à des résultats expérimentaux. L'étude est menée dans le cadre de l'augmentation du rendement des cellules photovoltaïques basées sur du silicium massif
Ultrashort laser pulsed texturing is a process which allows to modify optical and electrical properties of matter, through formation of nano and micro structures on surface, appearing from pulse to pulse. Control of the process and developments of the potential applications need a good knowledge of the formation mechanisms. Processes occuring during the interaction are studied using numerical simulations and are compared to experimental results. The study aims to increase the efficiency of solar cells based on bulk silicon

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Rathgeb, Stéphane. "Etude du comportement des capteurs photovoltaïques et photoconductifs soumis à un rayonnement laser IR dans la bande II. Applications aux matériaux : InAsSbP/InAs et PbSe." Aix-Marseille 3, 2005. http://www.theses.fr/2005AIX30054.

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Abstract:

L'avènement des systèmes optroniques est une étape incontournable dans le domaine de la défense. Le présent travail de thèse s'intéresse au comportement des détecteurs photoconducteurs PbSe ainsi que photovoltaïques InAsSbP/InAs face à irradiation laser. L'étude est menée dans le domaine de l'infrarouge suivant la bande de transmission atmosphérique de 3 - 5 µm (bande II), dans le but de mieux connaître les processus physiques et ainsi améliorer les performances de ces capteurs qui sont particulièrement vulnérables. Ainsi, les paramètres photoélectriques et électroniques sont mesurés avant, pendant et après une irradiation laser de type fluorure de deutérium (DF)
The advent of optronic systems is a major step in the defence area. This Ph-D dissertation focuses on the behaviour of PbSe photoconductive and InAsSbP/InAs photovoltaic detectors under laser radiation. The study is carried out in the infrared within the 3-5 µm atmospheric transmission band (band II). It is aimed at better understanding the physical processes and thus improving the performance of these sensors which are particularly vulnerable. The photoelectrical and electronic parameters are hence measured before, during and after DF (deuterium fluoride) laser radiation

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Nehme, Bechara Fadi. "Augmentation de la durée de vie des panneaux photovoltaïques par surveillance et contrôle." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4324.

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Abstract:

Les rendements de conversion des cellules solaires atteignent en moyenne aujourd’hui 15%. Malgré ces rendements acceptables, il reste un verrou technologique important à lever : l’amélioration de la durée de vie des modules photovoltaïques. On observe en effet au cours de l’utilisation de ces composants dans des conditions climatiques intermittentes : pluie, neige, moisissures, poussières rayons UV, chocs, corrosion etc.... une perte rapide des propriétés optoélectroniques en fonction des conditions d’utilisation. L’objectif de cette thèse est d’essayer d’améliorer la durée de vie des panneaux solaires et d’améliorer la fiabilité des modules en diminuant le taux de dégradation.Notre approche commence par prendre en compte les effets de vieillissement et des défauts des modules photovoltaïques dont la dégradation est liée à la température, humidité, à la lumière Ultra violette, les fissures etc…. Les défauts de fonctionnement sont analysés et étudiés pour comprendre l’effet et l’importance de chaque paramètre dans les différents modes de dégradation afin de développer des modèles de simulation qui tiennent compte des conditions environnementales.Des algorithmes de commande ont été développés pour une utilisation qui évite au mieux les défauts et permet aux modules photovoltaïques de fonctionner dans des conditions optimales pour l’atténuation des dégradations
Conversion efficiency of solar cells is now on average reaching 15%. Despite these acceptable yields, it remains important to raise a technological limitation: the improvement of the life span of photovoltaic modules. Effects are observed during the use of these components in intermittent weather: rain, snow, molds, dust UV rays, shock, corrosion etc... rapid losses of optoelectronic properties depending on the usage conditions. The objective of this thesis is in twofold: -to try to improve the lifespan of solar panels, and -to improve the reliability of the photovoltaic modules by decreasing their degradation rate. Our approach begins by taking into account the effects of aging of photovoltaic modules whose degradation is related to temperature, moisture, Ultra violet light, cracks etc... Faults are analyzed and studied to understand the impact and the importance of each parameter in the different modes of degradation to develop simulation models that take into account external environmental conditions. Control algorithms have been developed for a best utilization avoiding defects and allowing photovoltaic modules to operate in optimal conditions for mitigation of degradation processes

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Karoui, Fathia. "Optimisation de stratégies de gestion des batteries au plomb utilisées dans les systèmes photovoltaïques." Phd thesis, Grenoble INPG, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00723068.

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Abstract:

Les batteries à usage photovoltaïque subissent des conditions opératoires pénalisantes liées à la non maîtrise de l'énergie disponible. Les effets peuvent en être minimisées par une stratégie de gestion optimisée. Cette étude concerne la recharge à courant pulsé des batteries au plomb, les plus utilisées dans ces systèmes. Les effets de cette recharge sont mis en évidence sur des cellules de laboratoire et sur des batteries commerciales. L'influence des paramètres fréquence, rapport cyclique et taux de charge sur les profils de tension est étudiée de manière précise. Dans une seconde approche, un modèle simplifié de la batterie au plomb a été développé et validé après analyse de sa sensibilité aux paramètres ajustables. Il décrit les phénomènes de transport dans l'électrolyte de manière globale par un temps caractéristique fonction de l'état de charge, et rend bien compte des réponses en tension de la batterie après introduction des termes de non idéalité dans les tensions interfaciales.

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Karoui, Fathia. "Optimisation des stratégies de gestion des batteries au plomb utilisées dans les systèmes photovoltaïques." Phd thesis, Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0122.

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Abstract:

Les batteries à usage photovoltaïque subissent des conditions opératoires pénalisantes liées à la non maîtrise de l'énergie disponible. Les effets peuvent en être minimisées par une stratégie de gestion optimisée. Cette étude concerne la recharge à courant pulsé des batteries au plomb, les plus utilisées dans ces systèmes. Les effets de cette recharge sont mis en évidence sur des cellules de laboratoire et sur des batteries commerciales. L'influence des paramètres fréquence, rapport cyclique et taux de charge sur les profils de tension est étudiée de manière précise. Dans une seconde approche, un modèle simplifié de la batterie au plomb a été développé et validé après analyse de sa sensibilité aux paramètres ajustables. Il décrit les phénomènes de transport dans l'électrolyte de manière globale par un temps caractéristique fonction de l'état de charge, et rend bien compte des réponses en tension de la batterie après introduction des termes de non idéalité dans les tensions interfaciales
Batteries used in photovoltaic systems are subjected to penalizing operating conditions due to the intermittency of the solar resource. Their effects may be reduced by the optimisation of energy management strategies. This study deals with the pulse charge of lead acid batteries, the most used ones for this application. The effects of this charge mode are shown both on experimental cells and commercial batteries. The influence of the parameters, frequency, dut Y cycle and charge factor, on the voltage profiles is precisely studied. Ln a second approach, a simplified model of the lead-acid battery is developed and experimentally validated after the analysis of its sensitivity to the adjustable parameters. It shows that transport phenomena in the electrolyte may be well described by a global characteristic time depending only on the state of charge. It accounts for the voltage response of the battery after adding the terms describing the non ideal behavior of the interfacial voltages

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Dindault, Chloe. "Development of coevaporated hybrid perovskite thin films for solar cells applications." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX079/document.

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Abstract:

Les pérovskites hybrides célèbrent cette année leurs 10e anniversaire dans le domaine du photovoltaïque. En plus de la progression inégalée des rendements des cellules solaires, les pérovskites ont des propriétés optoélectroniques ajustables et peuvent être fabriquées par des procédés bas coûts, ce qui en fait de sérieuses candidates pour les cellules solaires multijunctions. Le réseau cristallin caractéristique des pérovskites hybrides offre une certaine liberté, supportant l’introduction partielle de cations et d’ions halogénures multiples. L’ajustement de la composition d’un matériau pérovskite se traduit par un ajustement de ces propriétés électroniques dont notamment sa structure de bandes. En adaptant la composition il est possible d’obtenir un matériau pérovskite avec une bande interdite de 1,7 eV qui serait parfaitement adapté pour une cellule tandem à base de Silicium cristallin. Les films minces de pérovskites peuvent être fabriqués par une grande diversité de techniques de dépôt, à partir de précurseurs ‘bon marché’ (CH3NH3I et PbI2 par exemple), par des procédés à basse température. Même si la grande majorité des films de pérovskites sont obtenus par la méthode d’enduction centrifuge, celle-ci ne permet pas l’obtention de films homogènes, sur grandes surfaces et de façon répétable. Etant donné l’enjeu industriel qui attend les pérovskites et l’intérêt croissant pour les structures tandems Silicium/Pérovskite, les méthodes sans solvant semblent plus adaptées. Déjà très largement utilisé dans l’industrie des OLEDs, le procédé de coévaporation thermique semble constituer une solution commercialement viable. Publiée pour la première fois en 2013, la synthèse par coévaporation des pérovskites est pour le moment encore étudiée par peu de groupes, car nécessitant des équipements plus coûteux. La présente thèse vise à mettre en place et développer la technique de coévaporation pour la fabrication de films de pérovskites hybrides pour des applications en cellules solaires.Afin d’évaluer la faisabilité du procédé, nous avons commencé notre travail sur un réacteur de démonstration, ce qui nous a permis d’appréhender la réponse à la sublimation des deux précurseurs. Nous avons très vite identifié le comportement du sel organique CH3NH3I comme étant problématique car difficilement contrôlable (s’évaporant sous forme de « nuage »), comme nous l’avions lu dans la littérature. En six mois d’utilisation de ce réacteur, nous avons fabriqué des films de pérovskites ayant permis d’atteindre des rendements de 9% sur des cellules solaires, malheureusement avec une faible reproductibilité (que nous expliquons en partie par le caractère aléatoire de l’évaporation du composé organique CH3NH3I). Nous nous sommes trouvés dans l’incapacité de comprendre plus en profondeur le procédé à cause d’un manque de fonctionnalités de l’équipement. Grâce à ces différents retours d’expérience nous avons pu concevoir, en étroite collaboration avec l’équipementier, un réacteur semi-industriel dédié à la fabrication de films de perovskites par coévaporation. Suite à sa mise en place, nous nous somme focalisé sur la problématique de la reproductibilité dans nos expériences en essayant de diminuer l’impact du nuage organique. Bien que les efficacités atteintes en cellules solaires pour des films coévaporés fussent moindres que pour des films déposés par la technique classique d’enduction centrifuge, nous soupçonnions néanmoins une meilleure homogénéité des films obtenus par voie sèche. Nous avons ainsi intégré à cette thèse une étude comparative voie liquide/voie sèche par le biais d’une technique de spectromicroscopie rayons X en Synchrotron
Hybrid perovskites celebrate this year their 10-year anniversary in the photovoltaic field. Besides the unprecedented rise in solar cells efficiencies, perovskite materials have tunable optical properties and can be manufactured at low cost, making them very promising candidates for the high efficiency, multijunction solar cells strategy. Perovskite crystal structure offers a relative degree of freedom, allowing the partial integration of multiple cations and halide ions. This chemical composition tuning translates into a bandgap tuning. Through fine chemical engineering, the 1.7 eV requirement for a c-Si-based tandem device can be achieved. Perovskite thin films can be prepared by a large variety of deposition techniques, from low cost precursors (CH3NH3I and PbI2 for instance), through low-temperature processes. While most of the reported works on perovskite thin films are based on the basic wet-process spincoating technique, this latter hardly allows large scale, homogeneous and reproducible deposition. With the future challenge of industrialization and the increasing interest for the Silicon/Perovskite tandem approach, solvent-free methods appear more suitable. Already widely implemented in the OLED industry, coevaporation stands as a viable option for perovskites’ future. Reported for the first time in 2013, coevaporated perovskites are still scarcely studied compared to wet-based techniques, requiring more expensive set ups. In the present thesis, we implemented and developed the coevaporation process to fabricate perovskite thin films for solar cells applications.Starting off on a proof-of-concept reactor to assess the feasibility of the technique, we got accustomed to the perovskite precursors behaviour and identify very early on the organic precursor to be hardly manageable, as reported in the literature. In six months, we were nonetheless able to obtain nice perovskite films leading to 9% efficient photovoltaic devices, unfortunately with a poor reproducibility that we think to be partially due to the cloud vapour behaviour of CH3NH3I. We eventually found ourselves missing some features on the equipment, preventing us from accurately get a grasp on the process. From this feedback we then designed, hand in hand with the manufacturer, a dedicated semi-industrial equipment for perovskite coevaporation. Following its implementation, we then focused on establishing the reproducibility of the method, trying to mitigate the parasitic effect of the organic compound. Even though the efficiencies in solar cells were still slightly lower for coevaporated perovskites, with respect to classical spincoated ones, we expected the material homogeneity to be in favour of the vacuum-based process. We then eventually integrated to this thesis a comparative study between wet- and dry-processed perovskite films using a Synchrotron-based X-ray spectromicroscopy technique

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Toth, Kalman. "Fonctionnalisation d' (endo)fullerène : de la science des matériaux aux applications biomédicales." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00862768.

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Abstract:

Nous avons synthétisé différentes dyades donneurs-accepteurs (D-A) π-conjuguées à base de fullerène pour des applications photovoltaïques dans lesquelles les unités D étaient soit des oligophenylenevinylenes (OPV) soit des oligophenyleneethynylene (OPE) et les unités A étaient le C60 ou un endofullerène du type Y3N@C80. Il y avait une exigence supplémentaire pour nos matériaux, à savoir qu'ils devaient s'auto-organiser en phases liquides-cristallines. Pour ce faire, toutes les unités D contenaient un promoteur mésogène afin d'induire le mésomorphisme de la dyade D- et donc de contrôler la morphologie des couches minces nécessaires à l'élaboraiton des cellules photovoltaïques grâce à une organisation supramoléculaire. En dehors de cela, nous avons étudié l'influence de la nature chimique du donneur (par exemple lyophile ou amphiphile), de la longueur des oligomères et de la multiaddition sur les propriétés photophysiques et sur l'auto-assemblage. Nous avons synthétisé une dyade OPE-Y3N@C80 qui est le premier dérive mésomorphe et photosensible de ce type de métallofullerène endohédral.

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Mangelinck-Noël, Nathalie. "Dynamique de la formation de la structure de grains dans les alliages métalliques et dans le silicium multi-cristallin pour les applications photovoltaïques." Habilitation à diriger des recherches, Aix-Marseille Université, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00945414.

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Abstract:

Mes travaux depuis mon recrutement au CNRS et actuellement au sein de l'équipe MCA de l'IM2NP concernent principalement la solidification des matériaux. Les propriétés des matériaux sont largement contrôlées par la microstructure de solidification, les structures de grains et les ségrégations laissées dans le solide avant toute mise en forme et traitement postérieurs. Pour élaborer des matériaux possédant des propriétés définies, sur mesure et de façon reproductible, il est donc nécessaire de maîtriser les mécanismes qui lient les procédés d'élaboration à la structure interne à diverses échelles des matériaux. Mes travaux de recherche vont dans le sens de l'approfondissement de la connaissance de ces mécanismes et, à plus long terme, de l'application de ces recherches aux procédés industriels. La nécessité d'améliorer les procédés pour obtenir des pièces de plus en plus performantes et qui permettent des économies en énergie soulève de nombreuses questions métallurgiques pour la recherche et l'industrie. L'amélioration des procédés nécessite de comprendre les mécanismes physico-chimiques qui entrent en jeu pendant la phase de solidification. De plus, pour être prédictives et quantitatives, les simulations numériques largement utilisées en milieu industriel doivent être nourries par la connaissance de ces mécanismes, leur formulation mathématique et les paramètres entrant en jeu. Dans les alliages métalliques, j'étudie plus particulièrement les mécanismes de la formation de la structure de grains, de la transition colonnaire équiaxe (CET), des ségrégations induites par cette structure. Les grains colonnaires et équiaxes résultent de dendrites avec différentes morphologies. Les dendrites colonnaires sont allongées dans une direction tandis que les grains équiaxes n'ont pas de direction privilégiée. A cause de leur forme, les grains équiaxes permettent d'obtenir des propriétés mécaniques isotropes pour le matériau final et des champs de concentration plus homogènes que dans le cas de la croissance colonnaire. En fonction de l'application, l'un ou l'autre type de grain est préféré et doit donc être favorisé par le procédé de solidification (par exemple : les grains équiaxes dans les pièces de moteur, les grains colonnaires voire un monograin dans les aubes de turbines). En conséquence, la compréhension des mécanismes physico-chimiques qui contrôlent la CET est une question critique en métallurgie et qui reste d'actualité. Les grains équiaxes peuvent apparaître de deux manières au cours de la solidification. La première est la germination hétérogène sur des particules incluses volontairement dans l'alliage comme cela est fait couramment dans l'industrie de l'aluminium par exemple ou, sur des impuretés ou des précipités présents naturellement dans l'alliage. La seconde est le détachement de branches dendritiques secondaires dans la zone pâteuse ce qui est admis comme la cause de l'apparition d'une zone équiaxe au centre des lingots de fonderie. Afin de comprendre et de caractériser les mécanismes de la dynamique de formation de la structure de grains dans les alliages métalliques, mon programme de recherche comporte trois volets : * l'étude de la structure de grains et de la fragmentation (Chapitre 1) * l'étude de la CET en présence d'affinants dans des alliages à base aluminium (Chapitre 2) * l'influence de la convection au cours de la solidification de ces alliages (Chapitre 3). Mon approche est expérimentale et comporte des expériences originales: 1- Caractérisation in situ et en temps réel de la dynamique de la solidification d'alliages métalliques proches des alliages industriels par imagerie X synchrotron. 2- Etude des effets de la convection naturelle, de la convection contrôlée par un champ ou un stimulus externe ou, utilisation de la microgravité (absence de convection naturelle et de phénomènes de sédimentation). Par ailleurs, depuis 2008, je développe au sein de l'équipe MCA une nouvelle thématique de recherche pour laquelle j'ai mis en place un projet (Si-X : Caractérisation et compréhension de la cristallisation du SiIicium photovoltaïque: imagerie X synchrotron) financé par l'ANR HABISOL. Les cellules photovoltaïques (PV) sont amenées à devenir une des composantes majeures de l'habitat écologique de demain. Les différentes étapes d'élaboration des cellules PV à base de silicium (purification, cristallisation, traitements intermédiaires, procédé cellules) concourent au rendement des cellules PV. Dans ce cadre, je m'intéresse à la phase de cristallisation/solidification. Jusqu'à présent, du silicium en provenance de l'industrie microélectronique était employé pour fabriquer les cellules PV mais cette filière est très coûteuse et est tributaire de l'industrie microélectronique pour l'approvisionnement en silicium de qualité suffisante. D'autres voies d'approvisionnement et de fabrication du matériau silicium de qualité suffisante pour les applications PV sont explorées mais ces matériaux silicium sources doivent être considérés comme de nouveaux matériaux vis-à-vis des procédés d'élaboration de lingots et de cellules. En conséquence, un certain nombre de problèmes liés à la solidification de ces matériaux doivent être (ré)-examinés avec attention même pour des procédés établis pour les matériaux en provenance de l'industrie microélectronique. D'une manière générale, dans le Si multi-cristallin utilisé massivement pour la fabrication des cellules photovoltaïques, le rendement PV de la cellule est complètement différent en fonction de la structure de grains du lingot. Par conséquent, il est indispensable de contrôler et donc de comprendre la formation de la structure de grains issue de l'étape de solidification du Si multi-cristallin. Ces travaux sur le Si multi-cristallin font l'objet du chapitre 4. Pour les deux principaux types de matériaux que j'étudie (alliages métalliques, Si PV) la problématique de la solidification et en particulier de la formation de la structure de grains est essentielle. En revanche, la croissance du silicium multi-cristallin, en général facettée, est totalement différente de celle des alliages métalliques classiques ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour la compréhension de mécanismes peu abordés jusqu'à présent dans nos travaux : effet de l'orientation cristallographique, macles, croissance facettée.

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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux photovoltaïques'

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