Rectification optique pour les très hautes performances photovoltaïques

Quoique l’énergie solaire soit disponible en suffisance pour couvrir les besoins de l’humanité, il existe un urgent besoin de développement de technologies bas cout pour collecter la lumière solaire et la convertir en énergie utilisable. Notre recherche concerne l’électricité photovoltaïque pour laquelle nous proposons le développement d’un nouveau concept qui a comme objectif de ramener le coût de l’électricité photovoltaïque à la parité avec le réseau.
Pratiquement toutes les cellules solaires fonctionnent sur la base de l’effet photoélectrique pour lequel une lumière assez énergétique ionisera un matériau qui transfèrera ses charges à des électrodes opposes. Le principe génère une limitation telle que le rendement maximum pour une hétérojonction unique avoisine 32%. Dépasser cette limite requiert le montage de plusieurs jonctions en série selon le principe des tandems. Nous proposons ici le développement d’une alternative qui ne repose plus sur l’effet photoélectrique. C’est le concept de rectification optique que nous empruntons aux antennes microondes construites pour convertir directement le rayonnement en courant et en tension. L’optimisation de telles antennes a permis d’atteindre une efficacité énergétique de 90% pour les radiofréquences. L’objectif de la thèse qui est proposée est d’étendre ce même concept aux fréquences optiques où les antennes auront l’échelle des longueurs d’ondes optiques et la rectification interviendra aux fréquences optiques. L’étudiant développera des réseaux d’antennes auto-organisées qui couvriront la surface des cellules solaires et implémentera des solutions pour adapter les impédances et y coupler efficacement la lumière. Ces questions nécessitent le couplage d’efforts en chimie moléculaire, nanotechnologies, photonique et ingénierie électrique des dispositifs.
Les bénéfices de la recherche sont attendus sur quatre niveaux: fondamental avec le développement de nouvelles structures nanophotoniques pour la conversion directe de lumière; technologique avec un nouveau paradigme de conversion à très haute efficacité qui peut être mis en œuvre sur de grandes surfaces par autoassemblage; pédagogique avec la mise en place d’une recherche fortement multidisciplinaire; médiatique avec l’introduction d’un concept de rupture à haut impact scientifique.
Pratiquement, le doctorant développera une structure photovoltaïque standard basée sur le concept des cellules hybrides photosensibilisées que nous maitrisons à MINACOM, sur laquelle il implantera pas à pas les éléments permettant de mettre en évidence, de développer et d’exploiter le concept de nanoantennes rectifiantes.

Contact: Jean Michel Nunzi

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