Author: Xavier Blot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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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.
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Les performances électriques des cellules photovoltaïques à base de silicium sont fortement dégradées lorsque leur température augmente. Cette problématique, pourtant bien connue, n'est pas suffisamment prise en considération dans l'industrie du photovoltaïque. Pour parer à cette dégradation, deux voies d'améliorations peuvent être explorées : diminuer la température de fonctionnement des cellules ou réduire leurs coefficients de dégradation en température. Cette étude est d'autant plus importante pour les applications sous concentrations, un éclairement élevé favorisant l'échauffement des cellules. Pour les facteurs de concentration élevés, l'utilisation de systèmes de refroidissement actifs réduit drastiquement la température de fonctionnement. Pour les faibles éclairements, le refroidissement passif est préféré, bien moins coûteux en énergie. Ce travail de thèse est focalisé sur l'étude du comportement thermo-électrique des cellules sous faible concentration du rayonnement incident. Un banc de caractérisation innovant développé dans cette thèse a rendu possible la quantification des variations de la température de la cellule avec la tension de polarisation sous différents facteurs de concentration. Avec l'augmentation de la polarisation, une évolution du facteur d'émission thermique est observée du fait des variations de la concentration de porteurs de charge minoritaires. Le refroidissement radiatif est minimal au courant de court-circuit et est maximal à la tension de circuit ouvert : la température atteinte au point de court-circuit est supérieure à celle atteinte en circuit ouvert. Pour une cellule donnée, sous un éclairement de 3 soleils, un écart de température de 6.2 °C a pu être mesuré entre ces deux points. La fabrication de cellules avec des propriétés différentes nous a permis de confirmer l'importance du dopage de la base et de l'architecture sur l'augmentation du refroidissement radiatif avec la polarisation. De plus, la comparaison du comportement thermo-électrique des cellules de type de dopages différents a mis en avant de plus faibles coefficients de dégradation en température de la tension en circuit ouvert pour les cellules ayant un substrat de type n. Par exemple, pour une température de et sous un éclairement de 1 soleil, un coefficient de dégradation en température du Voc de -0.45% %·°C-1 a été mesuré sur une cellule de type n contre -0.49%·°C-1 pour une cellule de type p.
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La technologie des cellules photovoltaïques silicium à hétérojonction (HET) a montré un intérêt croissant ces dernières années. En alliant les avantages des technologies couches minces et silicium cristallin (c-Si), elle permet un meilleur compromis coûts-performances que les cellules purement c-Si. Cette thèse a pour but d'améliorer la compréhension des mécanismes physiques qui régissent les performances de ces cellules, en mettant à profit des compétences spécifiques de caractérisation et de simulation issues de la microélectronique. Nos travaux se focalisent sur l'étude de la face avant de la cellule HET de type n, composée d'un empilement de couches minces d'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) et de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Nous commençons par une étude théorique et expérimentale de la conduction des couches d'a-Si:H en fonction de la température, du dopage et des défauts qu'elles contiennent. Prendre en compte l'équilibre dopant/défaut de ces couches est primordial mais nous montrons aussi que le travail de sortie des électrodes en contact, comme l'ITO, peut influer fortement sur la position du niveau de Fermi dans les films nanométriques d'a-Si:H. Nous présentons ensuite une évaluation de sept techniques de caractérisation du travail de sortie afin d'identifier les plus adaptées à l'étude de semiconducteurs dégénérés tels que l'ITO. Nous montrons notamment l'intérêt de techniques originales de la microélectronique comme les mesures de capacité C(V), de courant de fuite I(V) et de photoémission interne (IPE) sur des empilements ITO/biseau d'oxyde/silicium. Nous mettons clairement en évidence que les propriétés volumiques de l'ITO peuvent être optimisées, mais que les interfaces ont un effet prépondérant sur les valeurs de travaux de sortie effectifs (EWF) extraits. Une bonne cohérence globale a été obtenue pour les techniques C(V), I(V) et IPE sur biseau de silice (SiO2) ; les valeurs extraites ont notamment permis d'expliquer des résultats expérimentaux d'optimisation des cellules. Nous montrons que la tension de circuit ouvert (Voc) des cellules est finalement peu sensible au travail de sortie, contrairement au Facteur de Forme (FF), grâce à la couche d'a-Si:H. Plus cette dernière est dopée, défectueuse et épaisse, plus elle est capable d'écranter les variations électrostatiques d'EWF. Aussi, le travail de sortie doit être suffisamment élevé pour pouvoir réduire les épaisseurs de couche p d'a-Si:H et ainsi gagner en courant de court-circuit (Jsc) sans perdre en FF ni Voc. Enfin, il nous a été possible d'appliquer cette méthodologie à d'autres oxydes transparents conducteurs (TCO) que l'ITO. Le meilleur candidat de remplacement de l'ITO doit non seulement présenter une transparence optique élevée, être un bon conducteur et avoir un fort travail de sortie effectif, mais il faut également prêter une attention particulière à la dégradation éventuelle des interfaces causée par les techniques de dépôt.
Author: Nicolas Richet Publisher: EDP Sciences ISBN: 2759820068 Category : Science Languages : fr Pages : 222
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L’énergie photovoltaïque est aujourd’hui en plein essor. La part issue des panneaux solaires dans la production d’électricité est de plus en plus importante et connaître le fonctionnement physique et les moyens de production d’une cellule solaire en silicium devient inévitable dans ce domaine. Ce livre présente le mécanisme élec...
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Rappel des principes de base de l'effet photovoltai͏̈que et paramètres physiques utilisés dans les programmes de calcul. Analyse des divers facteurs de perte qui limitent le RDT de la cellule solaire. Modèle de simulation sur ordinateur des cellules solaires en tenant compte des paramètres physiques et géométriques pour SI monocristallin et polycristallin. Modèle mathématique de la jonction N**(+)P Polycristalline. Procédés technologiques utilisés pour la réalisation des études (capacités MOS, cellules solaires). Etudes des cellules en SI polycristallin (étude de caractérisation électrique et optique, ce qui nous permet de connaître QQ paramètres physiques tels que durée de vie dans le substrat et rendement de conversion énergétique)
Author: Ahmed Belasri Publisher: Springer Nature ISBN: 9811554447 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 659
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This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: SOUMANA.. HAMMA Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 178
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CETTE THESE PORTE SUR L'ETUDE IN SITU DE LA CROISSANCE ET DES PROPRIETES DU SILICIUM MICROCRISTALLIN C-SI : H) AINSI QUE DES INTERFACES INTERVENANT DANS LES DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES A BASE DE C-SI : H ET DE SILICIUM AMORPHE (A-SI:H). LA COMBINAISON DES MESURES IN SITU D'ELLIPSOMETRIE UV-VISIBLE AVEC DES MESURES DE CONDUCTIVITE ET DE SONDE DE KELVIN NOUS A PERMIS DE CORRELER LES PROPRIETES OPTOELECTRONIQUES ET STRUCTURALES DES COUCHES PENDANT LEUR CROISSANCE. CECI PERMET UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES MECANISMES CARACTERISANT LA TRANSITION AMORPHE / MICROCRISTALLIN ET LA FORMATION DES INTERFACES DANS LES DISPOSITIFS. EN UTILISANT LA TECHNIQUE DE DEPOT PAR PLASMAS ALTERNES (DITE DE LAYER-BY-LAYER) NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE QUATRE ETAPES PENDANT LA FORMATION DU C-SI:H SUR SUBSTRAT AMORPHE. L'HYDROGENE EST LE MOTEUR PRINCIPAL DE LA TRANSITION AMORPHE / MICROCRISTALLIN ET SON ROLE PARTICULIER AUX DIFFERENTES ETAPES DE LA CROISSANCE A ETE ANALYSE. LA ZONE (SURFACE OU VOLUME) OU SE DEROULE LA GERMINATION SEMBLE ETROITEMENT LIE A LA PRESENCE OU NON D'UN BOMBARDEMENT IONIQUE. LES PROPRIETES DU C-SI:H (CONDUCTIVITE, POTENTIEL DE CONTACT, STABILITE) SONT ETROITEMENT LIEES A LA FRACTION CRISTALLINE, LA FRACTION DE VIDE, LA TAILLE DES GRAINS ET L'EPAISSEUR DE LA COUCHE. CES QUANTITES DEPENDENT DE LA TEMPERATURE ET DE LA PRESSION DE DEPOT QUI CONSTITUENT PAR AILLEURS DES PARAMETRES ESSENTIELS POUR L'OPTIMISATION DE LA STRUCTURE ET DE LA VITESSE DE DEPOT DU C-SI : H. DES COUCHES MICROCRISTALLINES DOPEES N ET P TRES MINCES ( 10 NM) ONT ETE OBTENUES. L'APPLICATION DE CES COUCHES DANS LES PHOTOPILES NOUS A CONDUIT A ABORDER LE PROBLEME DE L'INTERFACE C-SI : H/A-SI : H. LE DEPOT DU C-SI : H SUR A-SI:H PEUT ENTRAINER DANS CERTAINES CONDITIONS (TEMPERATURE, DOPAGE, CHAMP ELECTRIQUE) LA FORMATION D'UNE COUCHE POREUSE D'INTERFACE AVEC LE A-SI:H. PAR AILLEURS, LES MESURES DE POTENTIEL DE CONTACT (SONDE DE KELVIN) NOUS ONT PERMIS DE DETERMINER LE GAP DE MOBILITE DU C-SI : H AINSI QUE LES DISCONTINUITES DE LA BANDE DE CONDUCTION ET DE LA BANDE VALENCE A L'INTERFACE C-SI : H/A-SI : H. L'ETUDE DES PROFILS DE POTENTIEL AUX INTERFACES P/I NOUS A PERMIS DE MONTRER QUE LA LONGUEUR D'ECRANTAGE DANS LE C-SI : H EST D'AU MOINS UN FACTEUR TROIS SUPERIEURE A CELLE MESUREE DANS LE A-SI:H ; CONFIRMANT AINSI LE GRAND INTERET DU C-SI : H DANS LES APPLICATIONS A BASE DE A-SI : H. AUSSI, NOUS AVONS DEMONTRE QU'UNE EXCELLENTE CARACTERISTIQUE I(V) PEUT ETRE OBTENUE MEME POUR DES CELLULES SOLAIRES MICROCRISTALLINES DEPOSEES A 100\C.
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Le défi majeur auquel est confrontée l'industrie du photovoltaïque est de trouver des solutions pour produire des cellules solaires présentant un rendement de conversion élevé et un faible coût de production. La fabrication de substrats de silicium pour des applications photovoltaïques par frittage de poudres de silicium est une des solutions prometteuses pour relever ce challenge. Ces substrats frittés peuvent être utilisés directement après une étape de recristallisation comme couche active de la cellule solaire. Préparés à partir de poudres de silicium de qualité métallurgique (Si-MG), ils peuvent servir également de substrats pour des cellules solaires en couche mince de silicium cristallin déposé par épitaxie. Cependant les impuretés métalliques présentes dans le substrat peuvent diffuser vers la couche active lors des différentes étapes thermiques intervenant lors de la fabrication de la cellule et dégrader ainsi le rendement. De plus des quantités importantes d'oxygène peuvent fragiliser le substrat fritté et limiter sa conductivité électrique. L'objectif principal de ces travaux de thèse est la mise au point et l'optimisation d'un procédé de purification des poudres et frittés de silicium et d'en comprendre les processus physiques et chimiques qui contrôlent la réaction. Durant ces travaux, des conditions optimales d'élaboration et de traitements minimisant l'oxydation des poudres ont pu être trouvées afin d'obtenir une bonne tenue mécanique des frittés et ainsi de mettre en œuvre les réactions de purification dont l'oxydation constitue un obstacle majeur. La mise au point d'une technique de purification des poudres Si-MG à l'état solide en présence d'un gaz chloré a permis de réduire de plus de 90 % les impuretés métalliques initialement présentes dans la poudre. Certaines impuretés telles que le Ti et le Mn sont réduites drastiquement déjà à 900 °C tandis que la réduction des concentrations en Fe par exemple est plus efficace à partir de 1100°C. Le développement d'un modèle d'exo-diffusion a permis de prédire l'évolution de la teneur en impuretés dans les poudres et de bien comprendre les mécanismes d'élimination de ces impuretés. La mise au point de protocoles expérimentaux visant à minimiser les sources de contamination durant le procédé de frittage ont mené à une réduction de la concentration d'éléments légers (C, O) dans le matériau fritté de 95%. Nous savons également qu'un traitement de recristallisation passant par la fusion du matériau fritté permettait de réduire drastiquement les teneurs en impuretés présentes dans le substrat ; ce traitement thermique utilisé pour améliorer la qualité cristalline permet en particulier de réduire les teneurs en oxygène et en impuretés métalliques. Par contre le carbone et les dopants (B, P) n'évoluent pas après recristallisation. Enfin en réalisant des cellules solaires sur des substrats frittés utilisant les protocoles de préparation des poudres et les traitements de recristallisation, nous avons montré que les substrats frittés permettaient d'obtenir des cellules solaires fonctionnelles.
Author: Pierre Bellanger (Spécialiste en matériaux).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 140
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Aujourd'hui dans le domaine du photovoltaïque, les différentes étapes de fabrication de plaquettes de silicium restent trop chères, principalement en raison d'une forte consommation d'énergie et de matière première. En effet, environ 50 % de silicium est perdu durant l'étape de sciage des lingots et parmi les différentes voies explorées qui permettent d'éviter cette étape, le frittage de poudre de silicium est très prometteur pour la production de plaquettes de grande surface. L'entreprise S'tile située à Poitiers développe un nouveau procédé de fabrication de plaquettes composé de deux étapes : une étape de frittage basée sur la compression de poudre de silicium à haute température et une étape de recristallisation qui est nécessaire pour obtenir une structure cristalline adaptée à la réalisation de cellules photovoltaïque. Dans ce travail de thèse, l'échantillon est recristallisé par ZMR (Zone metting recristallisation) ou par FWR (Full Wafer Recristallisation). Dans un premier temps, une caractérisation structurale et chimique du matériau est réalisée. Les caractérisation électriques du matériau sont alors mesurées et la mobilité atteint des valeurs de 150 et 250 cm^(2).V^(-1 ).s^(-1) respectivement sur les échantillons recristallisés par FWR et par ZMR. Le dopage de type p est compris entre 5*10^(16) et 3*10^(17) at/cm3. La durée de vie atteint des valeurs de l'ordre de la microseconde. Après fabrication de cellules, un rendement de 8,9 % est obtenu en utilisant un procédé simplifié sans texturation. D'autres caractérisations comme la réponse spectrale, la thermographie infrarouge et la mesure de Suns-Voc sont aussi réalisées.
Author: Yong Tao An Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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La conversion de la lumière solaire en électricité à l'aide d'une cellule solaire basée sur l'effet photovoltaïque représente un espoir pour les énergies renouvelables. Mais l'efficacité des cellules solaires à base de Silicium cristallin est limitée par le recouvrement entre les spectres incidents du soleil et les propriétés d'absorption de la dite cellule, ce qui génère un effet nuisible de thermalisation. Le processus de "downconversion", qui consiste à convertir un photon ultra-violet visible (300-500nm) en deux photons infra-rouge (~1000 nm) minimise cette thermalisation par justement cet effet de découpage de photons. Cette thèse est consacrée à l'étude d'un tel effet "downconversion" sur deux systèmes co-dopés de terre rare (Pr3+-Yb3+; Tb3+-Yb3+) incorporés dans des matrices à base de Silicium qui peuvent être capable d'améliorer l'efficacité au-delà de la limite de Shockley-Queisser. Dans un premier temps, nous avons obtenu une intensité de photoluminescence importante des ions Tb3+ et du Pr3+ dans les matrices hôtes HfSiOx et SiOxNy respectivement. Une étude détaillée des mécanismes d'émissions et des facteurs influençant cette émission est effectuée. Les résultats indiquent que les deux matrices possèdent de nombreux sensibilisateurs permettant aux terres rares d'être excités sur un large domaine de longueur d'onde. Dans un deuxième temps, un effet "downconversion" a été obtenu sur la matrice Tb3+-Yb3+ :SiOxNy avec une efficacité quantique à 980 nm de 197 % pour la plus forte concentration d'Yb3+. Une estimation de l'efficacité quantique externe supplémentaire de cette couche de "downconversion" apportée par rapport à une cellule nue a été estimée à 2%. Cette couche peut être directement et facilement intégrée, à faible coût, sur le haut de la cellule solaire pour augmenter son efficacité de conversion photoélectrique.
Author: Xavier Blot
Author: Benoit Guillo Lohan
Author: Raphaël Lachaume
Author: Nicolas Richet
Author: Ho-Sun Chung
Author: Ahmed Belasri
Author: SOUMANA.. HAMMA
Author: Alioune Sow
Author: Pierre Bellanger (Spécialiste en matériaux).)
Author: Yong Tao An