Addition de photons dans des couches nanoatructurées pour des applications en photovoltaïque - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Up-conversion for Photovoltaics

Addition de photons dans des couches nanoatructurées pour des applications en photovoltaïque

Résumé

The aim of this work is the study of an up-converter under various forms, for third generation photovoltaic. Yttrium oxide, with its particularly interesting properties for up-conversion (high band gap value and high refractive index, low phonons energy, easy doping) was chosen as matrix up-converter. This material has been studied in different forms: monodisperse spherical particles and thin films. Er3+ and Yb3+, known for their very good properties in up-conversion, were chosen as doping ions. Two ways of synthesis: homogeneous precipitation method and the hydrothermal synthesis, allowed us to obtain particles respecting the predefined morphological constraints. The study of this material in the form of particles allowed us to determine the effects of various physical and chemical parameters on the up-conversion property. Yttrium oxide thin films were obtained by spin-coating. Films study allowed us to demonstrate that the measured luminescence efficiency of films is much weaker than those of the particles; however, the integration of films in resonant structures allowed to a strong enhancement of the luminescence properties of films. Studies on application of up-conversion in the photovoltaic (generation of current in a bifacial c-Si solar-cell by sub-band-gap excitation, temperature effects, up-conversion under solar spectrum excitation) demonstrated the feasibility of the concept and allowed us to conclude that to reach the realization of the up-conversion / photovoltaic concept, optimization of up-converter must be done.
L'objectif de ce travail est d'étudier un matériau up-converteur sous différentes formes afin de pourvoir l'appliquer au photovoltaïque (cellules de 3ième génération). L'oxyde d'yttrium possédant des propriétés particulièrement intéressantes pour l'up-conversion (gap et indice de réfraction élevés, faible énergie de phonons, dopage facile) a été choisi comme matériau up-converteur et a permis d'étudier les propriétés d'up-conversion de ce matériau sous formes de particules sphériques monodisperses et sous forme de couches minces. Les ions erbium et ytterbium, étant connus pour leurs très bonnes propriétés en up-conversion, ont été choisis comme dopants. Deux méthodes de synthèses : la synthèse par précipitation homogène et la synthèse par voie hydrothermale, ont permis d'obtenir les particules respectant les contraintes morphologiques prédéfinies. L'étude de ce matériau sous forme de particules a permis de déterminer l'influence des différents paramètres physiques et chimiques sur les propriétés d'up-conversion. Les couches minces d'oxyde d'yttrium ont été obtenues par spin-coating. L'étude de ces couches minces a permis de démontrer que les rendements de luminescence mesurés sur les couches sont beaucoup plus faibles que ceux des particules; cependant, la nanostructuration des couches minces a permis de démontrer une exaltation des propriétés de luminescence grâce à l'interaction des ions émetteurs avec les structures plasmoniques résonantes. Des études réalisées en vue de l'application de l'up-conversion au photovoltaïque (génération de courant dans une cellule bifaciale c-Si par excitation sub-band-gap, mesure en fonction de la température, up-conversion sous excitation solaire) ont démontré la faisabilité du concept et a permis de conclure que la réalisation du concept up-conversion/photovoltaïque doit encore passer par l'optimisation des matériaux up-converteur.
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Dates et versions

tel-00733872 , version 1 (19-09-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00733872 , version 1

Citer

Christian Andriamiadamanana. Addition de photons dans des couches nanoatructurées pour des applications en photovoltaïque. Chimie inorganique. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00733872⟩
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