Fabrication, caractérisation et modelisation de cellules multijonctions à base de matériaux III-Sb pour application photovoltaïque sous concentration solaire

Fabrication, characterization and modelling of multijunction solar cells based on III-Sb alloys for concentrated photovoltaic applications

• Auteur / Autrice : Lucas Gavotto
• Direction : Yvan Cuminal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 13/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Christol
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Mencaraglia, Laurent Thomas, Stéphane Parola, Frédéric Martinez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : James P. Connolly, Philippe Voarino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés semiconducteurs

Système solaire

Modélisation CFD

Effet photovoltaïque

Mots clés libres

Cellules photovoltaique multijonctions

Modelisation numérique

Concentration solaire

Caractérisation

Fabrication

Semiconducteurs III-Sb

Photovoltaic multijunction solar cells

Concentrated applications

Characterization

Numerical simulation

Fabrication

III-Sb semiconductors

Résumé

Les meilleurs rendements de conversion photovoltaïques sont actuellement atteints avec des systèmes à concentration solaire utilisant des cellules multi-jonctions à base de semiconducteurs III-V. Ces dernières années l’augmentation de rendement sur ce type de cellule a été rendue possible, entre autre par un accroissement du nombre de jonctions permettant une meilleure exploitation du spectre solaire. Dans cette logique des matériaux à faible énergie de gap sont de plus en plus utilisés avec des valeurs spécifiques facilement accessibles avec des alliages quaternaires à base de matériaux antimoniures (III-Sb). Dans ce contexte, les études menées au sein de l'IES visent à concevoir, fabriquer et caractériser des cellules solaires à base de matériaux III-Sb. Dans ce domaine nos derniers résultats publiés font état de cellules solaires à jonction unique GaSb et AlGaAsSb. Sur la base des résultats précédents l'objectif du sujet proposé est la conception, la fabrication et la caractérisation de cellules tandem et triple jonctions à base d'alliages III-Sb adaptées à une utilisation sous concentration solaire de l’ordre de 500 soleils.

Best conversion efficiencies are currently reached with concentrator systems using multijunction solar cells made with III-V materials. The number of junctions tends to increase over the years, always improving the solar spectrum harvesting. For that purpose, narrow bandgap materials are required with specific values easily reachable with GaSb-based quaternary alloys. These multijunction cells are dedicated for operations under concentrated sun light. In such irradiation conditions, the architecture of the cell as well as the front grid contact has be optimized. In this frame, the studies performed at IES aims at designing, manufacturing and characterize III-Sb solar cells. Our latest published results have reported on GaSb and AlGaAsSb single junction solar cells. The ultimate aim of this subject is the conception, fabrication and characterization of tandem and triple-junction cells based on III-Sb alloys and dedicated for a solar concentration of 500 suns.