Description du sujet de thèse

Dans le paysage actuel de l'énergie photovoltaïque, les cellules solaires à base de silicium dominent le marché, représentant 96% de l'industrie avec des efficacités de conversion de puissance atteignant approximativement 22% pour les modules commerciaux et jusqu'à 26.7% pour les cellules de recherche, approchant la limite théorique de Shockley-Queisser (SQ) de 29,4%. Ces progrès résultent de percées significatives dans l'architecture des cellules solaires, axées sur l'amélioration de l'absorption lumineuse et la collecte optimisée des charges photo-générées. Pour maximiser l'absorption des photons du spectre solaire, les cellules solaires en tandem offrent une approche viable pour dépasser la limite de SQ. Par exemple, dans le cas des cellules solaires tandem pérovskite/Si, qui ont fait l'objet d'une attention particulière, les chercheurs du KAUST ont obtenu un rendement certifié de 33,9 % en 2024, démontrant ainsi le potentiel considérable de ces technologies pour dépasser la limite théorique de SQ.
Il est important de noter que les processus d'optimisation sont réalisés dans des conditions d'essai standard (CTS) avec une température de cellule fixée à 25°C. Cependant, ces conditions d'essai standard, bien qu'utiles pour la comparaison entre différents produits et différentes technologies, ne reflètent pas les conditions réelles d'exploitation où des facteurs comme la température des cellules peuvent drastiquement influencer les performances et la durabilité des modules. En effet, la température de fonctionnement des cellules peut dépasser 70°C, ce qui engendre, avec des coefficients de température (TC) compris entre 0,3 et 0,45%/°C. Par conséquent, la production annuelle totale d'énergie des modules PV est nettement inférieure à celle attendue. Outre le rendement, la fiabilité et la durabilité des modules sont également compromises par les hautes températures. De ce fait, le coût actualisé de l'électricité (LCOE) augmente. Si ces effets thermiques sont bien documentés pour les technologies en silicium cristallin, l’impact de la température sur les nouvelles technologies à base de pérovskites reste peu exploré. En conclusion, l’amélioration et l’acquisition de connaissances sur les phénomènes thermiques et électriques régissant les comportements des cellules et modules PV sont indispensables pour établir un ensemble de conditions favorisant le déroulement de ces phénomènes de manière optimale.
L'objectif général de ce projet de thèse est de contribuer significativement à la résolution des verrous scientifiques qui entravent actuellement l'efficacité de la conversion électrique des cellules PV tandems en conditions opérationnelles réelles. Ce projet se concentrera sur l'utilisation de simulations multiphysiques couplées (optique, thermique et électrique) pour les architectures de cellules tandem 2T/3T, afin d'en optimiser la conception (matériaux et géométrie). Ces simulations s'appuient sur des outils et méthodologies développés et disponibles à l'INL (utilisant PYTHON/COMSOL). L'approche par simulation sera complétée par des mesures expérimentales des performances des cellules tandem, permettant une corrélation précise entre les prédictions théoriques et les comportements réels.

Contexte de travail

L’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL) a pour vocation de développer des recherches technologiques multidisciplinaires dans le domaine des micro et nanotechnologies et de leurs applications. Les recherches menées s’étendent des matériaux aux systèmes. Le laboratoire s’appuie sur la plate-forme technologique lyonnaise NanoLyon.
La thèse proposée sera réalisée en collaboration avec le CEA-INES. Elle s'inscrit dans le cadre du projet IOTA (Architectures tandem innovantes) du PEPR TASE financé par l'Agence Nationale de la Recherche.

La personne recrutée évoluera au sein de l'équipe i-Lum a développé une expertise internationalement reconnue dans le contrôle à l'échelle nanométrique de l'interaction lumière-matière avec les cristaux photoniques et les métasurfaces, et son application dans des domaines tels que les cellules solaires et la collecte d'énergie solaire, avec des activités allant de la simulation opto-électrique à la nanofabrication et à la caractérisation. Plus précisément, l'équipe a été pionnière dans la simulation multiphysique (optique, thermique et électrique) des cellules solaires. Tous les moyens communs de l'INL seront mis à disposition pour la réussite du projet, en particulier les outils de caractérisation par microscopie, spectroscopie optoélectronique et spectroscopie vibrationnelle.



Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Informations complémentaires

Compétences attendues :
La personne recrutée devra être titulaire d'un master (ou équivalent) d'une formation garantissant des connaissances approfondies en physique des cellules solaire et en photonique. Il/elle devra faire preuve de fortes compétences en programmation/modélisation (Python, COMSOL ...)
Il/elle devra avoir un gout très prononcé pour le travail en équipe, faire preuve d’initiatives et être force de propositions.
Il/elle devra avoir une excellente compétence en communication, avec une maîtrise de l'anglais (à l'écrit comme à l'oral), nécessaire pour la rédaction d'articles scientifiques et la présentation des résultats de recherche lors de conférences internationales..