Composant diffractif numérique multispectral pour la concentration multifonctionnelle pour des dispositifs photovoltaïque de troisième génération
Langue Anglais
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Auteur : Albarazanchi, Abbas Kamal Hasan
Date de soutenance : 21-09-2015
Directeur(s) de thèse : Meyrueis, Patrick - Ambs, Pierre - Gérard, Philippe
Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
École doctorale : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
Discipline : Photonique et image
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés libres : Eléments Optiques Diffractifs (EOD), Troisième génération de type multijonction des cellules photovoltaïques, Séparation du spectre et concentration du faisceau, Systèmes compacts de cellules solaires
Mots-clés :
- Photopiles
- Semiconducteurs -- Jonctions
- Matériaux optiques
- Diffraction
- Modèles mathématiques
Résumé : La lumière du soleil est un bon candidat comme source propre et abondante d'énergie renouvelable. Cette source d'énergie écocompatible peut être exploitée pour répondre aux besoins croissants en énergie du monde. Plusieurs générations de cellules photovoltaïques ont été utilisées pour convertir directement la lumière solaire en énergie électrique. La troisième génération de type multijonction des cellules photovoltaïques est caractérisée par un niveau d'efficacité plus élevé que celui de tous les autres types de cellules photovoltaïques. Des dispositifs optiques, tels que des concentrateurs optiques, des séparateurs optiques et des dispositifs optiques réalisant simultanément la séparation du spectre et la concentration du faisceau ont été utilisés dans des systèmes de cellules solaires. Récemment, les Eléments Optiques Diffractifs (EOD) font l'objet d'un intérêt soutenu en vue de leur utilisation dans la conception de systèmes optiques appliqués aux cellules photovoltaïques. Cette thèse est consacrée à la conception d'un EOD qui peut réaliser simultanément la séparation du spectre et la concentration du faisceau pour des cellules photovoltaïques de type multijonction latéral ou similaire. Les EOD qui ont été conçus ont une structure sous-longueur d'onde et fonctionnent en espace lointain pour implanter la double fonction séparation du spectre et concentration du faisceau. Pour cette raison, des outils de simulation ont été développés pour simuler le comportement du champ magnétique à l'intérieur de l'EOD à structure sous-longueur d'onde. De plus, un propagateur hybride rigoureux a aussi été développé, il est basé sur les deux théories de la diffraction, à savoir la théorie scalaire et la théorie rigoureuse. La méthode FDTD (Finite Difference Time Domain) ou méthode de différences finies dans le domaine temporel a été utilisée pour modéliser la propagation du champ magnétique en champ proche c'est-à-dire à l'intérieur et autour de l'EOD. La méthode ASM (Angular Spectrum Method) ou méthode à spectre angulaire a été utilisée pour modéliser de façon rigoureuse la propagation libre en champ lointain. Deux EOD différents ont été développés permettant d'implanter les fonctions souhaitées (séparation du spectre et concentration du faisceau) ; il s'agit d'une part d'un composant diffractif intitulé G-Fresnel (Grating and Fresnel lens) qui combine un réseau avec une lentille de Fresnel et d'autre part d'une lentille hors-axe. Les composants proposés réalisent la séparation du spectre en deux bandes pour une plage visible-proche infrarouge du spectre solaire. Ces deux bandes peuvent être absorbées et converties en énergie électrique par deux cellules photovoltaïques différentes et disposées latéralement par rapport à l'axe du système. Ces dispositifs permettent d'obtenir un faible facteur de concentration et une efficacité de diffraction théorique d'environ 70 % pour les deux bandes séparées. Grâce à une distance de focalisation faible, ces composants peuvent être intégrés dans des systèmes compacts de cellules solaires. La validation expérimentale du prototype fabriqué montre une bonne correspondance entre les performances expérimentales et le modèle théorique
Type de contenu : Text
Format : PDF
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2015STRAD029
Type de ressource : Thèse
