Etudes de matériaux pour cellules solaires flexibles de 3ème génération

Material studies for flexible 3rd generation solar cells

• Auteur / Autrice : Mohammad Ishaq Alkhatab
• Direction : Jean-Pierre Vilcot, Basma El Zein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance le 22/09/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt par laser pulsé

Dépôt en phase vapeur

Points quantiques

Cellules solaires polymères

Mots clés libres

Technique d’écriture laser

Électrodes de graphène

Polymer flexible support

Résumé

Parmi les différentes technologies de récupération d’énergie, la technologie photovoltaïque est celle qui fournit actuellement le plus haut niveau pour les applications mobiles. Ce travail est focalisé sur le développement de nouveaux matériaux permettant d’obtenir des cellules solaires flexibles fondées sur des matériaux et procédés durables et à faible empreinte écologique. A partir d’un support flexible en matériau polymère, différentes technologies de fabrication ont été explorées pour élaborer les matériaux constitutifs d’une cellule solaire. Une technique d’écriture laser a été utilisée pour fabriquer une électrode nanostructurée en graphite directement à partir du support polymère. De nombreuses technologies d’élaboration, soit par voie physique soit par voie chimique, ont été étudiées pour la réalisation du matériau absorbant. Celui-ci est réalisé à partir de nanoparticules de semiconducteurs ou boites quantiques. De nombreuses démonstrations de l’utilisation de boites quantiques en photovoltaïque ont déjà été faites, mais majoritairement basées sur des matériaux à base de plomb. De tels matériaux ne sont évidemment pas dans la lignée de mise au point d’une technologie à faible impact environnemental. Nous nous sommes alors attachés à étudier un matériau des plus exploratoire dans ce domaine, un oxyde de cuivre et lanthane.Parmi les différentes techniques de fabrication, deux ont particulièrement été utilisées, le dépôt par pulvérisation cathodique et celui par laser pulsé. Ce matériau a été déposé sur l’électrode inférieure en graphite nanostructuré de manière à obtenir une caractérisation proche de celle d’une cellule solaire. Un premier essai de cellule a d’ailleurs été tenté en utilisant une électrode supérieure transparente en oxyde de zinc. Ce premier essai n’a malheureusement pas été des plus concluants, un faible photocourant ayant été obtenu.

Among all harvesting technologies, photovoltaic technology is, right now, the one that can provide the highest level of power for mobile applications. Here, we focus on the development of new materials providing a sustainable and low environmental footprint approach for the fabrication of flexible solar cells. Based on a polymer flexible support, different fabrication technologies have been investigated to elaborate materials with adequate performance for building such a solar cell. Low cost laser writing technique has been used to produce nanostructured graphite electrodes using even the polymer substrate as base material. Numerous technologies, based either on physical or chemical deposition process, have been investigated to produce the absorbing material. This one is made of nanoparticles, i.e. semiconductor quantum dots. Such demonstrations have already been successfully demonstrated using mainly lead based material. In our goal targeting green technology, there is no way using such a material. We focus then on an exploratory material, a copper and lanthanum based oxide. Among the different fabrication methods, we focused on pulsed laser and sputtering deposition techniques. In order going to a solar cell structure, absorbing material has been deposited on the nanostructured graphite electrodes and the obtained film has been characterized. First attempt of a solar cell using a transparent conductive oxide, based on zinc, has been launched. A very low photoelectric behavior has been observed.