| Verres et céramiques luminescents pour améliorer le rendement des cellules solaires PV (Luminescent glasses and ceramics for improving the efficiency of photovoltaic solar cells) Fan, Bo - (2012-10-23) / Universite de Rennes 1, Université européenne de Bretagne - Verres et céramiques luminescents pour améliorer le rendement des cellules solaires PV
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Langue : Français Directeur(s) de thèse: Adam, Jean-Luc; Zhang, Xianghua Discipline : Chimie Ecole Doctorale : Sciences de la matière Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie Mots-clés : Terre rare, Photoluminescence, Ytterbium, Rendement quantique, Spectroscopie, Cellules solaires photovoltaïques, Verres de sulfure, Céramiques luminescentes,
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Résumé : Cette étude a pour objectif de développer des matériaux luminescents avec un rendement quantique supérieur à 100% permettant d’améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques. Ces travaux sont basés sur des sulfures avec une faible énergie de phonon. Les verres Ga₂S₃-GeS₂-CsCl dopés par des terres-rares sont d’abord étudiés. Il a été démontré qu’un photon visible peut être divisé en deux photons infrarouges par les couples d’ions Er³⁺/Yb³⁺ou Pr³⁺/Yb³⁺ Cependant, le rendement quantique mesuré avec une sphère intégrante est beaucoup plus faible que 100%. Ceci est attribué aux impuretés qui conduisent au désexcitation non-radiative, et à l’absorption du transfert de charge d’Yb³⁺ qui se situe dans le visible dans le cas des sulfures. Grâce à l’électronégativité plus élevée de l’oxygène par rapport au soufre, la bande de transfert de charge d’Yb³⁺ est repoussée vers l’UV dans des oxysulfures de terres-rares. Les oxysulfures très purs ont été préparés avec la méthode de combustion complétée par une sulfuration. La multiplication de photon dans l’IR a été observée dans La₂O₂S dopé par Pr³⁺/Yb³⁺, Er³⁺/Yb³⁺ ou Tb³⁺/Yb³⁺. Un rendement quantique supérieur à 100% est pour la première fois directement mesuré dans La₂O₂S :Er³⁺,Yb³⁺. Une structure «core-shell» est conçue pour sensibiliser des ions Er³⁺ dans les oxysulfures par des ions Ce³⁺ dans le YAG. Par une précipitation homogène, on a réussi à déposer du Y₂O₂S sur des poudres fines de YAG : Ce³⁺. Bien que la structure désirée ne soit pas encore obtenue due à la diffusion d’Er³⁺ dans le YAG, cette piste de recherche est intéressante pour développer des convertisseurs spectrales avec une bande d’absorption large et intense. Abstract : The objective of the present work is to develop luminescent materials with a quantum yield higher than 100% for improving the conversion efficiency of photovoltaic solar cells. The study is focused on rare-earth-doped sulfide-based materials with low phonon energy. The multiplication of photon is firstly studied in rare-earths doped Ga₂S₃-GeS₂-CsCl glasses. It has been demonstrated that one visible photon can be divided into two NIR photons by the rare earth couples Er³⁺/Yb³⁺ou Pr³⁺/Yb³⁺. However, the overall quantum yield measured with an integrating sphere is much lower than 100%. The low quantum yield is attributed to the high concentration of impurities acting as “luminescence killers” and to the charge-transfer absorption of Yb³⁺ which is located in the visible region in sulfides. The rare-earth oxysulfides are then introduced as matrix since the partial substitution of sulfur by oxygen shifts the charge transfer band of Yb³⁺ to the UV region. The oxysulfides with high purity are prepared by combustion method with subsequent sulfuration. The multiplication of photon in the NIR is confirmed in La₂O₂S doped with Pr³⁺/Yb³⁺, Er³⁺,Yb³⁺ and Tb³⁺/Yb³⁺. To the best of our knowledge, it is the first time that quantum yield higher than 100% is directly measured in La₂O₂S : Er³⁺,Yb³⁺. A core-shell structure is designed to sensitize Er3+ in the oxysulfides by Ce³⁺ in the YAG. By homogeneous precipitation with urea, the Y₂O₂S is precipitated on the fine powders of YAG : Ce³⁺. Although the desired structure is not yet obtained due to the diffusion of Er³⁺ into the YAG, further efforts on this subject seem promising to invent spectral convertors with large and intense absorption band. | |||