Optimisation de cellules solaires en silicium amorphe hydrogéné pour intégration sur photobioréacteurs PDF Download
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Book Description
L'une des principales limites à la culture des microalgues est leur faible efficacité de conversion de la lumière du soleil. Si la culture prend place au sein d'un photobioréacteur, une autre limitation est alors sa consommation énergétique. Certaines technologies de cellules solaires n'absorbent qu'une partie de la lumière incidente pour produire de l'électricité, leur transparence dans une certaine gamme de longueurs d'onde pourrait permettre la photosynthèse. Pour améliorer le rendement global de photoconversion et apporter un support énergétique, un système couplé photobioréacteur (PBR)/photovoltaïque (PV) peut être développé. Cette thèse propose d'appliquer une cellule solaire en silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) directement sur la surface illuminée des PBR. Pour être compatible avec la croissance des microalgues, la transparence des cellules a-Si:H est, dans un premier temps, améliorée de 3% grâce à un plan d'expériences qui permet d'optimiser les épaisseurs des couches minces. Le montage d'un test de croissance avec une algue G. sulphuraria permet de confirmer que la filtration de la lumière incidente par la cellule PV n'influence pas la croissance des algues. Le rendement PV de ces cellules est ensuite amélioré grâce à des traitements optiques du substrat obtenu par gravure sèche réactive. Une texturation à la fois anti-réfléchissante et légèrement diffusante est développée et permet d'augmenter le rendement jusqu'à 5,2%. Dans un second temps, la technologie est adaptée sur un substrat souple. Un travail d'optimisation du dépôt de a-Si:H a été mené pour obtenir des cellules solaires sur PEN dont le rendement PV est de 2,1%. Une dernière partie de l'étude porte sur l'analyse des résultats obtenus dans cette thèse à partir de cas concrets de PBR intégrés aux bâtiments afin de calculer les performances d'un système PV/PBR/Bâtiment. Les technologies développées dans cette thèse permettraient de répondre en intégralité à la demande énergétique des biofaçades sans dégrader le rendement global des photobioréacteurs.
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L'une des principales limites à la culture des microalgues est leur faible efficacité de conversion de la lumière du soleil. Si la culture prend place au sein d'un photobioréacteur, une autre limitation est alors sa consommation énergétique. Certaines technologies de cellules solaires n'absorbent qu'une partie de la lumière incidente pour produire de l'électricité, leur transparence dans une certaine gamme de longueurs d'onde pourrait permettre la photosynthèse. Pour améliorer le rendement global de photoconversion et apporter un support énergétique, un système couplé photobioréacteur (PBR)/photovoltaïque (PV) peut être développé. Cette thèse propose d'appliquer une cellule solaire en silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) directement sur la surface illuminée des PBR. Pour être compatible avec la croissance des microalgues, la transparence des cellules a-Si:H est, dans un premier temps, améliorée de 3% grâce à un plan d'expériences qui permet d'optimiser les épaisseurs des couches minces. Le montage d'un test de croissance avec une algue G. sulphuraria permet de confirmer que la filtration de la lumière incidente par la cellule PV n'influence pas la croissance des algues. Le rendement PV de ces cellules est ensuite amélioré grâce à des traitements optiques du substrat obtenu par gravure sèche réactive. Une texturation à la fois anti-réfléchissante et légèrement diffusante est développée et permet d'augmenter le rendement jusqu'à 5,2%. Dans un second temps, la technologie est adaptée sur un substrat souple. Un travail d'optimisation du dépôt de a-Si:H a été mené pour obtenir des cellules solaires sur PEN dont le rendement PV est de 2,1%. Une dernière partie de l'étude porte sur l'analyse des résultats obtenus dans cette thèse à partir de cas concrets de PBR intégrés aux bâtiments afin de calculer les performances d'un système PV/PBR/Bâtiment. Les technologies développées dans cette thèse permettraient de répondre en intégralité à la demande énergétique des biofaçades sans dégrader le rendement global des photobioréacteurs.
Author: Sébastien René Charles Guilbert Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 428
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Parmi les énergies renouvelables, on rencontre l'énergie photovoltaïque. Les cellules solaires sont en général constitués de silicium qui peut être sous la forme amorphe ou cristalline avec la forme amorphe beaucoup moins onéreuse que la forme cristalline. La société Free Energy Europe produit des cellules solaires au silicium amorphe. Dans le procédé de fabrication, le silicium amorphe est directement déposé sur un substrat de verre recouvert de SnO2. A mon arrivée au sein de cette entreprise, il existait un certain nombre de dysfonctionnements dans le procédé de fabrication engendrant 25% de rejets. La mise en évidence et la résolution de tous ces problèmes ont permis de faire descendre ce nombre de rejets en dessous de 5%. Ensuite, le travail de recherche a été mené dans le but d'optimiser les caractéristiques initiales mais aussi stabilisées (suite à l'effet Staebler-Wronski) des cellules solaires.
Book Description
Notre étude concerne la mise en place et le développement de dépôts de carbure de silicium amorphe hydrogéné (a-SiCx:H) à basse température (370°C), par voie PECVD, sur un réacteur PECVD semi-industriel à faible fréquence (440 kHz). Les propriétés chimiques, optiques et de passivation de surface des couches déposées sont analysées et l'impact du changement des débits de gaz précurseurs (silane et méthane) est aussi étudié. La possibilité d'utiliser le a-SiCx:H comme couche anti-reflet en face avant d'une cellule solaire est envisagée. Bien que l'indice de réfraction d'une couche riche en carbone soit en accord avec la condition de lame quart-d'onde requise pour une couche anti-reflet, le coefficient d'extinction est trop élevé en raison de la proportion significative de silicium dans la couche. Cette absorption peut être atténuée par l'incorporation d'azote dans la couche (a-SiCxNy:H). En revanche, la passivation de surface s'améliore lorsque la quantité de silane augmente. La plus faible vitesse de recombinaison de surface atteinte sur les échantillons après dépôt est de 10 cm.s.
Author: Agathe Brodu
Author: Agathe Brodu
Author: Yvan Ziegler
Author: Denis Erni
Author: Sébastien René Charles Guilbert
Author: Aurélien Gaufrès