Amélioration de l’efficacité de l’absorption du rayonnement solaire photovoltaïque par utilisation des nanostructures.

Abstract

L’absorption complète de la lumière solaire dans le silicium cristallin nécessite une épaisseur de matériau de l’ordre de 500 microns, une large fraction de la lumière est perdue par transmission lorsque l’épaisseur de matériau diminue en deçà de 10 microns. Les cellules photovoltaïques en couches minces (cellules de 2ème génération) tentent de contourner les difficultés rencontrées par cette traditionnelle technologie en minimisant la quantité de matière active semi-conductrice par kWh installé tout en maintenant le rendement de conversion à des valeurs entre 10 et 20 %. Cette limitation du rendement est principalement due aux pertes par thermalisation où la paire photo générée perd très rapidement la partie de son énergie supérieure à celle de la bande interdite. Parmi les approches pour réduire ces pertes, les matériaux nano structurés pourraient contribuer à une exploitation significativement meilleure du spectre solaire que celle obtenue par les cellules actuelles. Ce mémoire s’intéresse alors aux différents concepts impliquant des nanomatériaux pour la réalisation de structures photovoltaïques. En effet, les matériaux organiques ou inorganiques, de taille nanométrique, possèdent des propriétés particulières tels qu’un rapport surface/volume et/ou un confinement de charges, qui peuvent être très utiles dans les structures photovoltaïques futurs. D’un point de vue purement théorique, cette approche semble très prometteuse puisque des rendements de 35-40 % sous concentration ont été calculés.