Etude des solutions technologiques de mitigation des dégradations de la face avant des modules photovoltaïques en silicium de nouvelle génération

De nouvelles technologies de cellules photovoltaïques à haut rendement sont prévues dans les années prochaines pour remplacer les technologies PERC actuellement majoritaires. Parmi les candidates basées sur des plaquettes de silicium, nous trouvons les cellules à hétérojonction. Cette évolution doit être analysée au prisme de la durabilité nécessaire à la promulgation de modules photovoltaïques éco-responsables. En particulier, le rayonnement UV incident sur la face avant est un élément à considérer avec attention. L'énergie de ces photons permet de dégrader les matériaux et interfaces présents dans les modules. La sensibilité aux UV des encapsulants, des interfaces encapsulant/cellules et des cellules est dépendant des solutions technologiques choisies pour la réalisation des cellules ainsi que de l'ensemble des choix de matériaux et de procédés utilisés pour leur encapsulation. Dans ce travail, nous investiguerons les avantages de l'utilisation d'encapsulants avec absorbeurs UV, les types d'absorbeurs UV ainsi que le lien entre la matrice polymère et leur stabilité. Nous étudierons l'évolution des propriétés barrière de l'encapsulant et de sa transparence (problématique de jaunissement) en fonction du type d'absorbeurs UV utilisé. Grâce à une meilleure compréhension des phénomènes de vieillissement des absorbeurs UV, nous serons capables de trouver les meilleures formulations pour assurer la stabilité des modules dans toutes sortes d'environnement. L'autre axe stratégique de la thèse sera tourné sur la stabilité sous UV des cellules SHJ. Assurer le maintien de leurs performances permettra d'envisager l'utilisation d'encapsulants sans absorbeurs UV (low cutoff) ce qui augmentera les performances du module. Il faudra toutefois vérifier que la durabilité de ces modules est maintenue malgré les facteurs combinés rencontrés en conditions réelles. L'étude se portera sur la couche de TCO jouant le rôle d'antireflet pour les cellules SHJ. Différentes configurations seront étudiées utilisant des matériaux avec des qualités différentes : - Un TCO riche en Indium (ITO?) qui présente de très bonne propriété opto-électrique mais dont la consommation doit être limitée pour des problématiques de criticité ; - Un oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO) qui est le principal candidat de substitution à l'indium mais qui présente une sensibilité à l'humidité accrue ; - Double couche antireflet (DARC) qui se compose d'un TCO fin et d'une couche de diélectrique. Cette structure permet à la fois de diminuer l'utilisation des TCO et de diminuer la sensibilité des cellules SHJ au milieu extérieur. Un autre aspect important sera l'étude de l'effet des UV sur la défectivité des cellules SHJ (défauts générés lors de contact mécanique sur la surface des cellules durant leur fabrication). Pour tendre vers des modules de très hautes performances avec des durées de vie dépassant les 25 ans usuellement promis par les fabricants, il est nécessaire de s'assurer que les impuretés embarqués dans le module au moment de la fabrication des cellules n'introduit pas des sources de défaillances à long terme. Mettre en évidence les effets néfastes de certains types de contamination permettra de donner des pistes d'amélioration de la qualité des modules pour la durabilité des modules. Il conviendra, au-delà de la quantification des phénomènes de dégradation des modules, d'identifier les mécanismes de dégradation physico-chimiques responsables dans le cas des UV et de l'humidité. Grâce à la compréhension des mécanismes à l'origine des dégradations constatées en conditions réelles et en vieillissement accéléré, nous développerons des modèles pour être en mesure de simuler les évolutions potentielles des performances des modules en fonction du milieu d'implantation des modules. Ce travail permettra de pronostiquer des durées de vie probables en fonction du milieu et des solutions technologiques retenues pour la fabrication des modules.