Verres et céramiques luminescents pour améliorer le rendement des cellules solaires PV

par Bo Fan

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Xiang Hua Zhang et de Jean-Luc Adam.

Soutenue en 2012

à Rennes 1 .


  • Résumé

    Cette étude a pour objectif de développer des matériaux luminescents avec un rendement quantique supérieur à 100% permettant d’améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques. Ces travaux sont basés sur des sulfures avec une faible énergie de phonon. Les verres Ga₂S₃-GeS₂-CsCl dopés par des terres-rares sont d’abord étudiés. Il a été démontré qu’un photon visible peut être divisé en deux photons infrarouges par les couples d’ions Er³⁺/Yb³⁺ou Pr³⁺/Yb³⁺ Cependant, le rendement quantique mesuré avec une sphère intégrante est beaucoup plus faible que 100%. Ceci est attribué aux impuretés qui conduisent au désexcitation non-radiative, et à l’absorption du transfert de charge d’Yb³⁺ qui se situe dans le visible dans le cas des sulfures. Grâce à l’électronégativité plus élevée de l’oxygène par rapport au soufre, la bande de transfert de charge d’Yb³⁺ est repoussée vers l’UV dans des oxysulfures de terres-rares. Les oxysulfures très purs ont été préparés avec la méthode de combustion complétée par une sulfuration. La multiplication de photon dans l’IR a été observée dans La₂O₂S dopé par Pr³⁺/Yb³⁺, Er³⁺/Yb³⁺ ou Tb³⁺/Yb³⁺. Un rendement quantique supérieur à 100% est pour la première fois directement mesuré dans La₂O₂S :Er³⁺,Yb³⁺. Une structure «core-shell» est conçue pour sensibiliser des ions Er³⁺ dans les oxysulfures par des ions Ce³⁺ dans le YAG. Par une précipitation homogène, on a réussi à déposer du Y₂O₂S sur des poudres fines de YAG : Ce³⁺. Bien que la structure désirée ne soit pas encore obtenue due à la diffusion d’Er³⁺ dans le YAG, cette piste de recherche est intéressante pour développer des convertisseurs spectrales avec une bande d’absorption large et intense.

  • Titre traduit

    Luminescent glasses and ceramics for improving the efficiency of photovoltaic solar cells


  • Résumé

    The objective of the present work is to develop luminescent materials with a quantum yield higher than 100% for improving the conversion efficiency of photovoltaic solar cells. The study is focused on rare-earth-doped sulfide-based materials with low phonon energy. The multiplication of photon is firstly studied in rare-earths doped Ga₂S₃-GeS₂-CsCl glasses. It has been demonstrated that one visible photon can be divided into two NIR photons by the rare earth couples Er³⁺/Yb³⁺ou Pr³⁺/Yb³⁺. However, the overall quantum yield measured with an integrating sphere is much lower than 100%. The low quantum yield is attributed to the high concentration of impurities acting as “luminescence killers” and to the charge-transfer absorption of Yb³⁺ which is located in the visible region in sulfides. The rare-earth oxysulfides are then introduced as matrix since the partial substitution of sulfur by oxygen shifts the charge transfer band of Yb³⁺ to the UV region. The oxysulfides with high purity are prepared by combustion method with subsequent sulfuration. The multiplication of photon in the NIR is confirmed in La₂O₂S doped with Pr³⁺/Yb³⁺, Er³⁺,Yb³⁺ and Tb³⁺/Yb³⁺. To the best of our knowledge, it is the first time that quantum yield higher than 100% is directly measured in La₂O₂S : Er³⁺,Yb³⁺. A core-shell structure is designed to sensitize Er3+ in the oxysulfides by Ce³⁺ in the YAG. By homogeneous precipitation with urea, the Y₂O₂S is precipitated on the fine powders of YAG:Ce³⁺. Although the desired structure is not yet obtained due to the diffusion of Er³⁺ into the YAG, further efforts on this subject seem promising to invent spectral convertors with large and intense absorption band.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2012/133
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.