ERDF — CNRS — LIGHT — INVEST/FONCT (Q3680685)
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Project Q3680685 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | ERDF — CNRS — LIGHT — INVEST/FONCT |
Project Q3680685 in France |
Statements
190,227.50 Euro
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349,776.7 Euro
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54.39 percent
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7 June 2020
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CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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49°12'0.97"N, 0°20'57.37"W
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14052
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Le développement des dispositifs pour l'optique connaît un essor croissant depuis ces dernières années en raison des objectifs de diminution de la consommation électrique et de la baisse des émissions de CO2. Dans ce contexte, le développement de la filière photovoltaïque n'est plus à démontré en particulier la filière silicium simple jonction qui représente aujourd'hui 90% du marché mondial annuel qui dépasse maintenant les 50 GWp. Cependant, la technologie actuelle est bloquée par une limite physique du rendement de conversion comme expliquée par le modèle de Shockley- Queisser. Il s'agit donc de trouver des solutions alternatives et complémentaires aux technologies actuellement existante afin de d'améliorer les rendements supérieurs à 17% obtenus aujourd'hui au niveau module, tout en maitrisant les coûts de productions. Dans ce contexte, nous proposons une solution innovante constituant à adjoindre à une cellule photovoltaïque « classique des couches minces dites à « conversion de fréquence qui permettent d'augmenter sensiblement le rendement en améliorant la conversion de l'ensemble du spectre solaire (down-conversion-DC, down-shifting-DS, up-conversion-UC). D'après les modélisations réalisées, un gain de 2% net sur l'efficacité d'une cellule solaire peut être atteint avec l'ajout d'une couche DC. Ces couches seront constituées d'ions de terres-rares (Erbium, Terbium, Ytterbium) dispersés dans une matrice d'oxynitrure (SixOyNz pour les approches DC et DS) ou d'oxyde (Al2O3 pour l'approche UC). Afin d'optimiser les propriétés optiques de ces couches une étude approfondie du lien entre la structure à l'échelle atomique et les mécanismes d'absorption, d'émission et de conversion des photons est essentielle. L'utilisation conjointe des techniques d'analyses structurales à l'échelle atomique (sonde atomique tomographique, microscopie électronique en transmission) et de caractérisations optiques (photoluminescence et cathodoluminescence) permettra d'obtenir une image complète du lien structure- propriété jusqu'à l'échelle de l'émetteur unique. Le GPM et le CIMAP sont reconnus internationalement pour leurs expertises dans ces domaines.Ce projet s'inscrit parfaitement dans le RIN Energies et Matériaux à travers des axes Performance et fiabilité des matériaux et composants pour l'énergie' et Instrumentation avancée pour les matériaux'. De plus, ce projet trouvera pleinement une place dans le Cluster Solaire Normand dont le GPM est membre et sera une opportunité pour y intégrer l'équipe NIMPH du CIMAP. (French)
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The development of optical devices has been growing in recent years due to the objectives of reducing electricity consumption and lower CO2 emissions. In this context, the development of the photovoltaic sector is no longer to be demonstrated, in particular, the silicon single junction, which now accounts for 90 % of the annual world market, which now exceeds 50 GWp. However, current technology is blocked by a physical limit of conversion efficiency as explained by the Shockley-Quisser model. The aim is therefore to find alternative and complementary solutions to existing technologies in order to improve yields above 17 % today at the module level, while controlling production costs. In this context, we propose an innovative solution to add to a “classic” photovoltaic cell thin layers known as “frequency conversion” that significantly increase efficiency by improving the conversion of the entire solar spectrum (down-conversion-DC, down-shifting-DS, up-conversion-UC). Based on the modelling performed, a 2 % net gain in the efficiency of a solar cell can be achieved with the addition of a DC layer. These layers will consist of ions of rara-earths (Erbium, Terbium, Ytterbium) dispersed in a matrix of oxynitride (SixOyNz for DC and DS approaches) or oxide (Al2O3 for the UC approach). In order to optimise the optical properties of these layers, a thorough study of the relationship between the atomic-scale structure and the mechanisms of photon absorption, emission and conversion is essential. The joint use of atomic-scale structural analysis techniques (tomographic atomic wave, transmission electron microscopy) and optical characterisations (photoluminescence and cathodoluminescence) will provide a complete picture of the structure-property link to the single transmitter scale. The GPM and CIMAP are internationally recognised for their expertise in these fields.This project fits perfectly with the RIN Energies and Materials through axes Performance and reliability of materials and components for energy‘and advanced instrumentation for materials’. In addition, this project will find a place in the Cluster Solaire Normand of which the GPM is a member and will be an opportunity to join the NIMPH team of CIMAP. (English)
18 November 2021
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Die Entwicklung von optischen Geräten ist in den letzten Jahren aufgrund der Ziele, den Stromverbrauch zu senken und die CO2-Emissionen zu senken, zugenommen. In diesem Zusammenhang ist die Entwicklung der Photovoltaik-Anlage nicht mehr bewiesen, insbesondere die Silizium-Silizium-Siliziumverbindung, das heute 90 % des jährlichen Weltmarktes ausmacht und nun über 50 GWp liegt. Die aktuelle Technologie wird jedoch durch eine physikalische Grenze der Umwandlungseffizienz blockiert, wie es das Shockley-Queisser-Modell erklärt. Es geht also darum, Alternativen zu den derzeitigen Technologien zu finden, um die heute auf Modulebene erzielten Erträge um mehr als 17 % zu steigern und gleichzeitig die Produktionskosten zu kontrollieren. In diesem Zusammenhang schlagen wir eine innovative Lösung vor, die zu einer „klassischen Dünnschicht-zu-Frequenzumwandlung“-Photovoltaik-Zelle hinzufügt, die durch eine verbesserte Umwandlung des gesamten Solarspektrums (down-conversion-DC, down-shifting-DS, up-conversion-UC) den Wirkungsgrad erheblich steigern kann. Basierend auf den durchgeführten Modellen kann mit der Zugabe einer DC-Schicht ein Nettogewinn von 2 % auf die Effizienz einer Solarzelle erzielt werden. Diese Schichten bestehen aus Seltenerd-Ionen (Erbium, Terbium, Ytterbium), die in einer Oxynitridmatrix (SixOyNz für DC- und DS-Ansätze) oder Oxid (Al2O3 für den UC-Ansatz) dispergiert werden. Um die optischen Eigenschaften dieser Schichten zu optimieren, ist eine gründliche Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der atomaren Struktur und den Mechanismen zur Absorption, Emission und Umwandlung von Photonen von entscheidender Bedeutung. Durch den gemeinsamen Einsatz von Techniken der atomaren Strukturanalyse (tomographische Atomsonde, Transmissionselektronenmikroskopie) und optischer Charakteristiken (Photolumineszenz und Kathodolumineszenz) wird ein vollständiges Bild von der Struktur-Eigenschafts-Verbindung bis zum Maßstab des einzelnen Senders erzielt. GPM und CIMAP sind international für ihre Expertise in diesen Bereichen bekannt.Dieses Projekt passt perfekt zum RIN Energies & Materials durch die Achsen Leistung und Zuverlässigkeit von Materialien und Komponenten für Energie‚und Advanced Instrumentation for Materials‘. Darüber hinaus findet dieses Projekt einen vollen Platz im Normand-Solarcluster, dem die GPM angehört, und bietet die Möglichkeit, das NIMPH-Team der CIMAP zu integrieren. (German)
1 December 2021
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Identifiers
17P04197
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