Thèse soutenue

Architecture alternative de modules photovoltaïques à base de couches minces de Cu(In,Ga)Se2
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Auteur / Autrice : Justine Lorthioir
Direction : Nicolas BarreauLudovic Arzel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
Date : Soutenance le 01/10/2019
Etablissement(s) : Nantes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Kleider
Examinateurs / Examinatrices : Agnès Granier, Pere Roca i Cabarrocas, Sébastien Dubois

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Mots clés libres

Résumé

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Un des principaux freins au développement industriel de la filière photovoltaïque à base de couches minces de Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) est son manque de maturité technologique, alors que les rendements atteints des cellules n’ont jamais été aussi élevés, à savoir 23,3% à l’échelle du laboratoire. Ce travail de thèse propose de lever un des verrous technologiques identifié à savoir un écart important entre les performances des cellules et celles des modules. Ces pertes sont inhérentes à l’interconnexion monolithique (réalisée à l’aide des gravures P1, P2 et P3 de manière standard) qui induit (i) une réduction de la surface active des panneaux, (ii) des pertes optiques ainsi que (iii) des pertes résistives. Afin de réaliser des mini-modules à hauts rendements, une architecture alternative a été étudiée et comparée à la structure conventionnelle. Dans cette structure, les grilles métalliques utilisées pour le contact avant du dispositif servent également à connecter de manière monolithique les cellules adjacentes. Ces travaux ont permis de prouver de manière théorique et expérimentale que cette architecture permettait d’obtenir des résultats bien plus intéressants que le design standard. Un des avantages mis en évidence est la réduction de l’épaisseur de la couche fenêtre permettant ainsi la diminution des pertes optiques et résistives. Seulement, une différence subsiste : le module présente une tension de circuit ouvert plus faible que la cellule photovoltaïque. Cette différence peut être due à la croissance de l’absorbeur de Cu(In,Ga)Se2 sur verre qui est découvert lors de la gravure P1. Celle-ci engendrerait des propriétés de CIGSe différentes tant au niveau de sa morphologie, de sa composition que de sa structure cristalline. Enfin, les meilleurs résultats obtenus montrent un rendement de 17,2% pour le module alternatif (avec un facteur de forme de 81%), contre 16,4% (avec un facteur de forme de 75%) pour la cellule. Ce résultat prometteur ouvre de nouvelles voies pour réduire l'écart observé entre les cellules en laboratoire et les modules industriels.