Thèse en cours

Elaboration, caractérisation et modélisation de cellules multi-jonctions pour une application photovoltaïque sous forte concentration.

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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 15/12/2020. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Joanna Kret
Direction : Yvan Cuminal
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Électronique
Date : Inscription en doctorat le
Soutenance le 15/12/2020
Etablissement(s) : Montpellier
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes
Jury : Président / Présidente : Olivier Palais
Examinateurs / Examinatrices : Yvan Cuminal, Jean-François Guillemoles, Guilhem Almuneau, Eric TOURNIé, Frédéric Martinez, Stéphanie Parola, Alain Dollet
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Guillemoles, Guilhem Almuneau

Résumé

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Afin d’accroitre encore le développement de nouvelles technologies photovoltaïques (PV) permettant de dépasser la limite d'efficacité théorique des cellules simples jonctions c-Si estimée à 29% l’utilisation de systèmes à concentration solaire associés à des cellules solaires multi-jonctions reste une solution. Dans ce domaine, des rendements dépassant 47,1 % ont déjà été atteints grâce à une cellule solaire à 6 jonctions fonctionnant sous un facteur de concentration de 143 soleils. L’une des raisons pouvant expliquer ces bonnes performances réside dans l’architecture de ces cellules qui permettent une meilleure exploitation du spectre solaire que les cellules à simple jonction. Afin d’améliorer encore ces cellules il semble maintenant nécessaire de mieux exploiter le domaine infrarouge pour lequel les matériaux adaptés (petit gap) ne sont pour l’instant pas optimisés Pour combler cette lacune un certain nombre d’alliages semblent adaptés parmi lesquels le GaInAsSb (Eg=0.5 eV) dont la croissance est réalisée sur un autre semiconducteur à bande étroite – GaSb (Eg=0.73 eV). La structure est ensuite inversée et ensuite mécaniquement raccordée aux autres jonctions réalisées sur des substrats plus conventionnels. Toutefois, pour des raisons de temps et de coût, les cellules solaires multi-jonctions devraient idéalement être fabriquées à partir des matériaux en accord de maille et offrant une grande gamme de choix de bande interdite réalisables couvrant l’ensemble du spectre solaire. Ces deux conditions pourraient être satisfaites par l'utilisation d'alliages à base de Sb, i.e. GaInAsSb, AlInAsSb ou AlGaAsSb, qui couvrent la gamme des bandes interdites allant de 0,4 eV à 1,6 eV tout en étant accordés en maille sur GaSb. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour but d’évaluer le potentiel des alliages antimoniures pour une application photovoltaïque sous forte concentration. Dans ce but des cellules solaire à simples et double jonction ont été fabriquées à partir de GaSb, AlGaAsSb et AlInAsSb et ensuite caractérisées. Leurs performances sont analysées à l'aide des modèles développés en interne, i.e. un simulateur physique 1D et un modèle 3D basés sur circuits distribués. Les facteurs limitant les performances de chaque cellule sont identifiés et les solutions d'optimisation sont proposées.