Thèse soutenue

Approche multi-physique du vieillissement des matériaux pour application photovoltaïque

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Auteur / Autrice : Vincent Guiheneuf
Direction : Jean-Félix DurastantiFabien Delaleux
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
Date : Soutenance le 26/10/2017
Etablissement(s) : Paris Est
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Études et de Recherche en Thermique, Environnement et Systèmes (Créteil) - Centre d'Enseignement et de Recherche Techniques et Sociétés / CERTES
Jury : Président / Présidente : Laurent Thomas
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Félix Durastanti, Fabien Delaleux, Sylvain Pouliquen
Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Martin, Anne Migan-Dubois

Résumé

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Cette thèse explore le vieillissement des modules photovoltaïques (PV) à base de silicium cristallin via une approche multi-matériaux. L’objectif premier est de déterminer les mécanismes de dégradation mis en jeu durant l’exploitation des modules PV et ainsi d’être à même de proposer des solutions technologiques améliorant leur durabilité. Pour cela, des tests de vieillissement accéléré ont été réalisés sur le verre, la cellule PV au silicium cristallin et le mini-module PV composé du verre, d’un polymère encapsulant et de la cellule silicium.Leurs propriétés fonctionnelles sont systématiquement évaluées et le suivi dans le temps de ces indicateurs permet de définir des lois de vieillissement. En parallèle, des caractérisations physico-chimiques sont réalisées pour définir les mécanismes de dégradations des différents constituants du module. L‘étude de la chaleur humide sur le verre a permis de mettre en évidence une dégradation de surface via un processus d’hydratation du réseau vitreux et un phénomène de lixiviation du sodium qui engendre une augmentation de la transmittance du verre. La cellule PV présente des performances électriques et une réflectance dégradées suite à l’exposition aux radiations UV dues à un processus de photo-oxydation de la couche antireflet SiNx. Il a également été établit qu’une puissance UV élevée peut aussi favoriser un phénomène de régénération des performances électriques. Le vieillissement du mini-module sous UV a montré du phénomène de dégradation photo-induite (LID) engendrant une légère diminution des performances électriques dès la première exposition alors que l’impact de la chaleur humide sur les performances électriques est nul après 2000 heures d’exposition