Elaboration et caractérisation de couches de conversion de longueur d'onde pour le photovoltaïque

par Sébastien Forissier

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Jean-Luc Deschanvres et de Bernard Moine.

Le président du jury était Daniel Bellet.

Le jury était composé de Jean-Luc Deschanvres, Bernard Moine, Rachid Mahiou.

Les rapporteurs étaient Anne Bouteville, Jean-François Guillemoles.


  • Résumé

    Les propriétés structurales et de luminescence de couches minces de TiO2 et Y2O3 dopées terres rares (thulium, terbium et ytterbium) ont été étudiées en vue de les intégrer dans une cellule photovoltaïque comme couche de conversion spectrale du proche UV vers l’infrarouge afin d’en améliorer l’efficacité. Ces couches minces ont été synthétisées par dépôt chimique en phase vapeur à pression atmosphérique à l’aide de précurseurs organo-métalliques et assisté par aérosol (aerosol assisted MOCVD). Les couches minces sont partiellement cristallisées dès la synthèse (400°C pour le TiO2 en phase anatase, 540°C pour Y2O3 en phase cubique). Après traitement thermique la cristallisation est largement améliorée et la luminescence des ions dopant terres rares est obtenue dans les deux matrices oxydes. Le thulium émet dans une large bande située vers 800 nm et l’ytterbium vers 980 nm. Le terbium quand à lui émet dans une gamme située principalement dans le visible. Les spectres d’excitation ont montré que l’absorption des photons se fait via la matrice. En matrice TiO2 une efficacité de transfert d’énergie du Tm3+ vers l’Yb3+ de l’ordre de 20 % a été déterminée pour des teneurs de 0,8 % des deux dopants, ce qui correspond à la limite d’auto-extinction. Le rendement global mesuré est faible, nous avons montré que les causes probables de cette faible valeur sont le manque d’absorption des couches minces pour obtenir l’excitation de l’ion sensibilisateur ainsi que des processus de luminescence et de down conversion pas assez efficaces.

  • Titre traduit

    Fabrication and characterization of down-conversion materials in thin films for photovoltaic applications


  • Résumé

    Structural and luminescence properties of rare-earth-doped (thulium, terbium and ytterbium) thin films of yttrium oxide and titanium oxide were studied as a down-converting layer from near-UV to infrared for integration in solar cells to improve their yield. These thin films were synthesized by chemical vapor deposition at atmospheric pressure with organo-metallic precursors and assisted by aerosol (aerosol assisted MOCVD). The thin films were partially crystallized as deposited (400°C in the anatase phase for TiO2 , 540°C in the cubic phase for Y2O3). After annealing the crystallization is greatly improved and the rare-earth ion luminescence is obtained in both oxide matrices. The thulium emits in a large band centered around 800 nm and the ytterbium at 980 nm. The terbium emits mainly in the visible range. Excitation spectra showed that the photon absorption occurs in the matrix. In the TiO2 matrix a transfer rate from Tm to Yb of 20 % was measured for doping of 0,8 % for both rare-earth, which corresponds to the quenching limit. The overall measured yield is low, we showed that the probable reasons were the thin films’ lack of absorption to obtain the excitation of the sensitizer ion and a low efficiency of luminescence and down-conversion processes.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Service Interétablissement de Documentation. Documentation électronique.
  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Chambéry-Annecy). Service commun de la documentation et des bibliothèques universitaires. Bibliothèque électronique.
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation. STM. Documentation électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.