Étude de nouvelles formulations de verres pour les modules photovoltaïques : de l’éco- conception à l’optimisation des propriétés optiques, mécaniques, et de durabilité

La Stratégie Nationale Bas Carbone prévoit d’atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050 afin de lutter contre le changement climatique. Répondre à cet objectif ambitieux nécessite entre autres une réduction des émissions de CO2, une modification du mix énergétique actuel au profit d’une production bas-carbone, une amélioration de l’efficacité énergétique et la mise en place d’une économie circulaire. La conception de nouveaux modules photovoltaïques, l’optimisation de leur durée de vie et/ou de leur efficacité, ou encore la minimisation des émissions de CO2 tout au long de leur chaine de valeur sont des pistes pour contribuer activement à ces objectifs.

De nombreux facteurs environnementaux sont susceptibles de dégrader les modules photovoltaïques, et notamment l’introduction d’humidité dans le module : cette dernière engendre une détérioration des propriétés du verre, induisant des dégradations au niveau des cellules solaires.

Ce travail de thèse vise donc à étudier et proposer de nouvelles formulations verrières en prenant en compte les différentes contraintes de l’application photovoltaïque afin de lutter efficacement contre ces dégradations sous environnement humide. Après une étude bibliographique menée sur les solutions existantes et les contraintes spécifiques associées au domaine du photovoltaïque, plusieurs verres seront formulés, élaborés et caractérisés en laboratoire afin d’en tester particulièrement les propriétés mécaniques, optiques et chimiques. La formulation de verres à bas point de fusion ou issus de matières premières secondaires sera également explorée. Enfin, ces verres seront utilisés pour fabriquer des modules photovoltaïques afin d’en tester la compatibilité ainsi que le vieillissement sous chaleur humide et ainsi déterminer les compositions de verres les plus prometteuses.

Le/la doctorant/doctorante bénéficiera des compétences reconnues des laboratoires d’accueil aussi bien sur la formulation de verres et l’étude de leurs propriétés physico-chimiques que leur intégration et validation dans des modules photovoltaïques. L’ensemble des moyens mis à disposition permettra une approche globale du sujet, en travaillant sur une thématique en pleine expansion et porteuse de forts enjeux industriels, écologiques et sociétaux. L’expérience acquise pendant ce travail interdisciplinaire pourra se valoriser dans le domaine des matériaux et de leur intégration dans de nouvelles filières pour la transition énergétique.

Compétences recherchées : matériaux, verres, caractérisation, travail en équipe, goût pour l’expérimentation, bon niveau d’anglais.

DEROULEMENT DE LA THESE

Ce travail de thèse vise donc à étudier et proposer de nouvelles formulations verrières en prenant en compte les différentes contraintes de l’application photovoltaïque afin notamment de lutter efficacement contre ces dégradations sous environnement humide. Dans un premier temps, une étude bibliographique sera menée sur les solutions existantes ainsi que les contraintes spécifiques associées au domaine du photovoltaïque. A la suite de cette étude, plusieurs verres seront formulés, élaborés et caractérisés en laboratoire afin d’en tester particulièrement les propriétés mécaniques (résistance à la fracturation, module de Young, …), optiques (impact du redox sur la transmittance, …) et chimiques (tests de lixiviation, altération en enceinte climatique, …). Les différents moyens de caractérisations sont accessibles au sein des laboratoires du SEME et du LSA. Particulièrement, la formulation de verres à bas point de fusion ou issus de matières premières secondaires sera étudiée afin d’en évaluer la faisabilité pour apporter un gain sur le bilan carbone. Cette formulation pourra s’appuyer sur la modélisation statistique des propriétés physiques des verres (viscosité, conductivité électrique, etc…) développée au LFCM, capitalisant plusieurs années d’expertise du laboratoire sur le lien composition des verres – propriétés physiques. In fine, certains de ces verres seront sélectionnés pour fabriquer des modules photovoltaïques afin d’en tester la compatibilité ainsi que le vieillissement sous chaleur humide et ainsi déterminer les compositions de verres les plus prometteuses. Pour faire sens, l’optimisation de la composition des verres sera intégrée à une analyse de cycle de vie qui pourra être réalisée au sein de la CVI de l’ISEC afin, entre-autres, de minimiser l’impact environnemental et éviter le recours à des éléments toxiques ou en tension.

REFERENCES

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