Contribution de la microscopie EBIC et des calculs numériques pour l’étude de cellules photovoltaïque

Abstract

Ce travail de thèse de doctorat intitulé " Contribution de la microscopie EBIC et des calculs numériques pour l'étude de cellules photovoltaïques" s'inscrit dans l'axe de recherche de l'équipe à savoir le développement de la Microscopie EBIC et les études théoriques et expérimentales sur les matériaux photovoltaïques. Ces derniers sont actuellement au centre des intérêts de l'ensemble des chercheurs. Parmi les matériaux les plus compétitifs utilisés à l'heure actuelle dans ce domaine pour leur bon rapport qualité-prix on retrouve le silicium multicristallin et le silicium monocristallin. Par ailleurs, les matériaux organiques pour des applications photovoltaïques constituent également une bonne alternative pour le photovoltaïque à moindre coût. Le fort potentiel de ces cellules PV justifie la démarche dans ce travail de thèse qui s’articule par conséquence autour de deux axes: le premier relatif à l’étude par la méthode EBIC de la longueur de diffusion de cellules photovoltaïques à base de Silicium multicristallin et le deuxième axe est une étude théorique et numérique visant à optimiser la conversion photovoltaïque de matériaux organiques à base de polymères conjugués de thiophène (C4H4S)n. Dans le premier axe nous avons procédé à une estimation des longueurs de diffusion du silicium multichristallin en se basant sur les micrographies EBIC de ces cellules fabriquées en France. Ces mesures ont été réalisées sur des cellules fabriquées à partir de plaquettes situées à différentes positions d’un lingot de silicium multichristallin à savoir le haut, le milieu et le bas du lingot. Il s’est avéré que la valeur moyenne de la longueur de diffusion de la cellule située en haut du lingot présente la plus grande valeur par rapport aux cellules du milieu et du bas du lingot. Ces résultats sont confirmées par les mesures électriques effectuées au préalables sur les cellules et qui montrent en effet que le rendement de la cellule du haut du lingot est le meilleur relativement à ceux du milieu et du bas du lingot. Dans le deuxième axe nous avons entrepris une modélisation relative à l’étude des polymères conjugués à base de thiophène. Les simulations sont effectuées en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) dont l'art et la manière ont été largement détaillés. Les résultats de la simulation des polymères conjugués à base de thiophènes montrent que le niveau énergétique de l’orbitale moléculaire occupée de plus haute énergie (HOMO) et de l’orbitale moléculaire inoccupée de plus basse énergie (LUMO) (du donneur et de l'accepteur respectivement) et qui définissent la bande interdite (Gap) sont aisément accessibles. Nous avons effectué des calculs utilisant la base B3LYP / 6-31G (d, p) dans le but d'obtenir les conformations optimisés stable en utilisant le programme GAUSSIAN 09-D. La visualisation des molécules après optimisation de la géométrie a été effectuée par le programme GaussView 05.