Optimisation de cellules solaires en silicium amorphe hydrogéné pour intégration sur photobioréacteurs

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Photobioréacteur, Photovoltaïque, Silicium amorphe, Texturation optique, RIE, PECVD

Mots-clés

Matériaux amorphes,

Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma

L'une des principales limites à la culture des microalgues est leur faible efficacité de conversion de la lumière du soleil. Si la culture prend place au sein d’un photobioréacteur, une autre limitation est alors sa consommation énergétique. Certaines technologies de cellules solaires n’absorbent qu’une partie de la lumière incidente pour produire de l’électricité, leur transparence dans une certaine gamme de longueurs d’onde pourrait permettre la photosynthèse. Pour améliorer le rendement global de photoconversion et apporter un support énergétique, un système couplé photobioréacteur (PBR)/photovoltaïque (PV) peut être développé. Cette thèse propose d’appliquer une cellule solaire en silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) directement sur la surface illuminée des PBR. Pour être compatible avec la croissance des microalgues, la transparence des cellules a-Si:H est, dans un premier temps, améliorée de 3% grâce à un plan d’expériences qui permet d’optimiser les épaisseurs des couches minces. Le montage d’un test de croissance avec une algue G. sulphuraria permet de confirmer que la filtration de la lumière incidente par la cellule PV n’influence pas la croissance des algues. Le rendement PV de ces cellules est ensuite amélioré grâce à des traitements optiques du substrat obtenu par gravure sèche réactive. Une texturation à la fois anti-réfléchissante et légèrement diffusante est développée et permet d’augmenter le rendement jusqu’à 5,2%. Dans un second temps, la technologie est adaptée sur un substrat souple. Un travail d’optimisation du dépôt de a-Si:H a été mené pour obtenir des cellules solaires sur PEN dont le rendement PV est de 2,1%. Une dernière partie de l’étude porte sur l’analyse des résultats obtenus dans cette thèse à partir de cas concrets de PBR intégrés aux bâtiments afin de calculer les performances d’un système PV/PBR/Bâtiment. Les technologies développées dans cette thèse permettraient de répondre en intégralité à la demande énergétique des biofaçades sans dégrader le rendement global des photobioréacteurs.