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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De ontwikkeling van optische apparaten is de afgelopen jaren toegenomen als gevolg van de doelstellingen om het elektriciteitsverbruik te verminderen en de CO2-uitstoot te verlagen. In dit verband hoeft de ontwikkeling van de fotovoltaïsche sector niet meer te worden aangetoond, met name het silicium-knooppunt, dat nu goed is voor 90 % van de jaarlijkse wereldmarkt, die nu meer dan 50 GWp bedraagt. De huidige technologie wordt echter geblokkeerd door een fysieke grens van conversie-efficiëntie, zoals uitgelegd door het Shockley-Quisser model. Het is daarom de bedoeling om alternatieve en complementaire oplossingen te vinden voor bestaande technologieën om de opbrengsten op het niveau van de modules van meer dan 17 % te verhogen en tegelijkertijd de productiekosten te beheersen. In dit verband stellen we een innovatieve oplossing voor om aan een „klassieke” fotovoltaïsche cel dunne lagen bekend als „frequentie conversie” die de efficiëntie aanzienlijk verhogen door het verbeteren van de conversie van het gehele zonnespectrum (down-conversion-DC, down-shifting-DS, up-conversion-UC). Op basis van de uitgevoerde modellering kan een nettowinst van 2 % in de efficiëntie van een zonnecel worden bereikt met de toevoeging van een DC-laag. Deze lagen zullen bestaan uit ionen van raraaarden (Erbium, Terbium, Ytterbium) gedispergeerd in een matrix van oxynitride (SixOyNz voor DC- en DS-benaderingen) of oxide (Al2O3 voor de UC-benadering). Om de optische eigenschappen van deze lagen te optimaliseren, is een grondige studie van de relatie tussen de atoomschaalstructuur en de mechanismen van fotonenabsorptie, emissie en omzetting essentieel. Het gezamenlijke gebruik van atoom-schaal structurele analysetechnieken (tomografische atoomgolf, transmissieelektronenmicroscopie) en optische karakterisaties (fotoluminescentie en kathodoluminescentie) zal een volledig beeld van de structuur-eigenheid link aan de enige zender schaal. De GPM en CIMAP zijn internationaal erkend voor hun expertise op deze gebieden. Dit project past perfect bij de RIN Energies en Materialen door middel van assen Prestaties en betrouwbaarheid van materialen en componenten voor energie en geavanceerde instrumentatie voor materialen”. Daarnaast zal dit project een plaats vinden in de Cluster Solaire Normand waarvan de GPM lid is en een kans zal zijn om zich bij het Nimph-team van CIMAP aan te sluiten. (Dutch)
6 December 2021
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Lo sviluppo dei dispositivi ottici è cresciuto negli ultimi anni a causa degli obiettivi di riduzione del consumo di energia elettrica e di riduzione delle emissioni di CO2. In questo contesto, lo sviluppo del settore fotovoltaico non deve più essere dimostrato, in particolare, la singola giunzione in silicio, che ora rappresenta il 90 % del mercato mondiale annuo, che ora supera i 50 GWp. Tuttavia, la tecnologia attuale è bloccata da un limite fisico di efficienza di conversione come spiegato dal modello Shockley-Quisser. L'obiettivo è quindi quello di trovare soluzioni alternative e complementari alle tecnologie esistenti al fine di migliorare le rese al di sopra del 17 % oggi a livello di moduli, controllando nel contempo i costi di produzione. In questo contesto, proponiamo una soluzione innovativa per aggiungere a una "classica" celle fotovoltaiche sottili strati noti come "conversione di frequenza" che aumentano significativamente l'efficienza migliorando la conversione dell'intero spettro solare (down-conversion-DC, down-shifting-DS, up-conversion-UC). Sulla base della modellazione eseguita, un guadagno netto del 2 % nell'efficienza di una cella solare può essere ottenuto con l'aggiunta di uno strato DC. Questi strati saranno costituiti da ioni delle terre rara (Erbium, Terbium, Ytterbium) dispersi in una matrice di ossinitride (SixOyNz per gli approcci DC e DS) o ossido (Al2O3 per l'approccio UC). Per ottimizzare le proprietà ottiche di questi strati è essenziale uno studio approfondito del rapporto tra la struttura in scala atomica e i meccanismi di assorbimento, emissione e conversione dei fotoni. L'uso congiunto di tecniche di analisi strutturale su scala atomica (onda atomica tomografica, microscopia elettronica di trasmissione) e caratterizzazioni ottiche (fotoluminescenza e catodoluminescenza) fornirà un quadro completo del collegamento struttura-proprietà alla singola scala del trasmettitore. GPM e CIMAP sono riconosciuti a livello internazionale per la loro competenza in questi settori.Questo progetto si inserisce perfettamente con le Energie e i Materiali RIN attraverso assi Prestazioni e affidabilità di materiali e componenti per l'energia ‘e strumentazione avanzata per i materiali'. Inoltre, questo progetto troverà un posto nel Cluster Solaire Normand di cui il GPM è membro e sarà l'occasione per entrare a far parte del team Nimph di CIMAP. (Italian)
13 January 2022
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El desarrollo de dispositivos ópticos ha ido creciendo en los últimos años debido a los objetivos de reducir el consumo de electricidad y reducir las emisiones de CO2. En este contexto, el desarrollo del sector fotovoltaico ya no debe demostrarse, en particular, la unión única de silicio, que ahora representa el 90 % del mercado mundial anual, que actualmente supera los 50 GWp. Sin embargo, la tecnología actual está bloqueada por un límite físico de eficiencia de conversión, como explica el modelo Shockley-Quisser. Por lo tanto, el objetivo es encontrar soluciones alternativas y complementarias a las tecnologías existentes con el fin de mejorar los rendimientos por encima del 17 % en la actualidad a nivel de módulo, al tiempo que se controlan los costes de producción. En este contexto, proponemos una solución innovadora para añadir a una célula fotovoltaica «clásica» capas delgadas conocidas como «conversión de frecuencia» que aumentan significativamente la eficiencia al mejorar la conversión de todo el espectro solar (conversión descendente-DC, desplazamiento descendente-DS, up-conversion-UC). Sobre la base de la modelización realizada, se puede lograr una ganancia neta del 2 % en la eficiencia de una célula solar con la adición de una capa de CC. Estas capas consistirán en iones de tierras raras (Erbio, Terbio, Ytterbio) dispersados en una matriz de oxinitrida (SixOyNz para aproximaciones DC y DS) u óxido (Al2OO3 para el enfoque UC). Para optimizar las propiedades ópticas de estas capas, es esencial un estudio minucioso de la relación entre la estructura a escala atómica y los mecanismos de absorción, emisión y conversión de fotón. El uso conjunto de técnicas de análisis estructural a escala atómica (onda atómicatomográfica, microscopia electrónica de transmisión) y caracterizaciones ópticas (fotoluminiscencia y catodominiscencia) proporcionará una imagen completa del enlace estructura-propiedad a la escala de transmisor único. GPM y CIMAP son reconocidos internacionalmente por su experiencia en estos campos. Este proyecto se adapta perfectamente a las energías y materiales RIN a través de ejes Rendimiento y fiabilidad de materiales y componentes para la energía «e instrumentación avanzada para materiales». Además, este proyecto encontrará un lugar en el Cluster Solaire Normand del que el GPM es miembro y será una oportunidad para unirse al equipo Nimph de CIMAP. (Spanish)
14 January 2022
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Identifiers
17P04197
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