Fonction : Doctorant
Etablissement: IP Paris
Ecole doctorale : IP Paris n°626
Spécialité : Physique
Unité de recherche : UMR-IPVF (UMR9006)
Direction de la thèse : Jean-François Guillemoles
Co-encadrants : Baptiste Bérenguier, Sylvain Le Gall
Financement : Concours doctoral IP Paris
Début de la thèse : Octobre 2023
Date limite de candidature : avant le 15 avril 2023
Lieu de travail : IPVF – 18 boulevard Thomas Gobert, 91120 Palaiseau
(Paris-Saclay)
L’institut Photovoltaïque d’Île-de-France, institut pour la transition énergétique créé en 2013, est un pôle scientifique et technique dédié à la recherche et au développement de technologies solaires. Sur son site situé à Paris-Saclay, il fédère son propre personnel, des salariés de ses partenaires et ceux des sociétés extérieures. L’IPVF a pour ambition de devenir l’un des principaux centres mondiaux de recherche, d’innovation et de formation dans le domaine de la transition énergétique.
L’IPVF a pour objectif premier d’améliorer les performances et la compétitivité des cellules photovoltaïques et de développer des technologies de rupture en s’appuyant sur quatre leviers :
• Un programme de recherche ambitieux ;
• L’accueil, sur son site de Paris-Saclay, de plus de 200 chercheurs et de leurs laboratoires ;
• Une plateforme technologique de pointe (8 000 m²) ouverte aux acteurs de la filière photovoltaïque, et regroupant plus de 100 équipements de pointe situés dans des salles blanches.
• Un programme de formation principalement fondé sur un master, l’encadrement de doctorants, et la formation continue.
Bref historique :
L’IPVF a été fondé en 2013 à l’initiative de l’Etat français, EDF, TotalEnergies, Air Liquide, CNRS, Ecole polytechnique, Horiba et Riber. Rassemblant plus de 150 chercheurs, notre plateforme de Paris-Saclay, d’une superficie de 8 000 m², est un guichet unique pour tous les types de recherche et d’innovation deeptech.
L’IPVF a pour objectif de rester :
• Un leader mondial de la R&D liée au photovoltaïque. en fédérant les meilleures équipes françaises dans le dans le domaine de la recherche, de l’innovation et de la production industrielle, en partenariat avec de grands instituts internationaux, notamment en Europe,
• Un leader sur le développement de briques technologiques photovoltaïques briques technologiques en cohérence avec les tendances du marché,
• Une référence dans l’envoi des concepts R&D les plus prometteurs concepts de R&D les plus prometteurs pour l’industrie.
Le renouveau de l’industrie photovoltaïque en Europe par le biais de l’innovation est un enjeu majeur de notre souveraineté énergétique. Le développement de cellules technologiquement nouvelles, l’étude de leurs performances et de leur fiabilité requiert une connaissance poussée de la physique de matériaux et des dispositifs photovoltaïques, et en particulier la caractérisation des centres recombinants potentiellement responsables des pertes de rendement.
Les techniques sans contact actuelles ne que permettent que difficilement de distinguer plusieurs centres d’énergie d’activation différentes présents simultanément dans le matériau. Elles travaillent par ailleurs le plus souvent en régime pulsé, ce qui est très différents des conditions réelles de fonctionnement.
L’IPVF et le GeePs travaillent au développement d’outils de caractérisation basées sur des techniques d’excitation modulée avancés sans contact des cellules photovoltaïque basés sur la photoluminescence (PL) ou avec contact comme la Spectroscopie d’Admittance. Ils développent une technique novatrice en régime modulé large bande de fréquence, la MPL. Le semi-conducteur est excité par un éclairement modulé sinusoïdalement dans le temps, avec une fréquence variable dans la plage [10 Hz – 200 MHz], et on mesure le signal de PL émis à la même fréquence ou aux harmoniques, en particulier son amplitude et son déphasage par rapport à l’excitation. La technique de MPL s’est avérée très complémentaire de techniques existantes , avec la particularité de pouvoir étudier les phénomènes lents (dé-piégeage) [1], comme rapides, avec une mesure effectuée proche du point de fonctionnement de la cellule (modulation autour d’un régime quasi-permanent) [2], et une aptitude à discriminer différents défauts à différentes positions énergétiques dans la bande interdite. La théorie développée pour les couches uniques [3], [4] doit maintenant être étendue aux dispositifs complets. De premières simulations montrent l’influence des jonctions sur le signal mais une analyse quantitative des signatures MPL reste à faire, qui est vitale pour le diagnostic de dispositifs complets. Elle doit être validée par des calculs numériques et une comparaison des résultats effectuée avec la technique de spectroscopie d’admittance.
L’étude commencerait par une étude de l’influence de la température sur la réponse de couches minces semiconductrices ce qui permettrait d’étendre les modèles.
Un des objectifs serait au final d’être capable d’analyser des dispositifs multijonctions, qui constituent la nouvelle génération de cellules solaires à haut rendement.
Développer des méthodes d’Analyse, expérimentale et théorique des mesures de photoluminescence modulée dans les jonctions simples puis multiples.
Théorique : Développent de calculs analytiques simplifiés, comparaisons avec des simulations numériques par code « maison » (Matlab) ou commercial basé sur les éléments finis (Silvaco Atlas), comparaison avec les données expérimentales de MPL et de Spectroscopie d’admittance.
Expérimentale : Des campagnes de mesures de MPL faites sur des matériaux et dispositifs faits à façon à l’IPVF, qui seront comparés à des mesures de spectroscopie d’admittance dont l’utilisation est plus connue.
Dans un premier temps : Pouvoir séparer la signature MPL des défauts recombinants de l’influence d’une jonction simple.
Analyse des multi-jonctions (tandems pérovskites ou CIGS sur silicium, cellules triple jonction III-V)
[1] B. Bérenguier et al., « Defects characterization in thin films photovoltaics materials by correlated high-frequency modulated and time resolved photoluminescence: An application to Cu(In,Ga)Se2 », Thin Solid Films, vol. 669, p. 520‑524, janv. 2019, doi: 10.1016/j.tsf.2018.11.030.
[2] W. Zhao et al., « Coupled time resolved and high frequency modulated photoluminescence probing surface passivation of highly doped n-type InP samples », J. Appl. Phys., vol. 129, no 21, p. 215305, juin 2021, doi: 10.1063/5.0033122.
[3] N. Moron, « Modélisation analytique et simulation numérique de la technique de photoluminescence modulée appliquée à des matériaux semi-conducteurs », These de doctorat, université Paris-Saclay, 2021. Consulté le: 23 mars 2022. [En ligne]. Disponible sur: https://www.theses.fr/2021UPAST116
[4] N. Moron, B. Bérenguier, J. Alvarez, et J.-P. Kleider, « Analytical model of the modulated photoluminescence in semiconductor materials », J. Phys. Appl. Phys., vol. 55, no 10, p. 105103, mars 2022, doi: 10.1088/1361-6463/ac39c4.
Le(La) candidat(e) à la thèse “Etude de l’influence des jonctions sur la photoluminescence Modulée pour la caractérisation de cellules photovoltaïques : de l’absorbeur à la multi-Jonction ” doit se présenter au concours doctoral IP Paris. Il (elle) doit avant le 15 Avril se connecter et candidater sur la thèse à https://www.ip-paris.fr/education/doctorat en fournissant les document suivants:
• Le bulletin de candidature signé
• CV
• Lettre de motivation
• Le projet de thèse (Équipe/Laboratoire d’accueil) – Présentation du sujet de thèse, de son contexte et de ses perspectives, du plan de travail et présentation de l’équipe encadrante en précisant les pourcentages d’encadrement.
• Copie du diplôme antérieur au Master et les relevés de notes correspondants, si pertinent.
• Relevés de notes de toutes les années du master (ou diplôme donnant accès au doctorat) etles attestations certifiées des ou du responsable(s) du Master (si pertinent)
• 2 Lettres de recommandation jointes au dossier pdf ou adressées par le signataire à audrey.lemarechal@polytechnique.edu ou via le module ADUM de recommandation en ligne. La/les lettre(s) de recommandation doivent avoir la forme suivante : LetterRecommendation_CandidateName_ProfName.pdf. Un étudiant peut déposer au maximum 2 candidatures
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