Couches minces à sélectivité spectrale pour la conversion hybride de l'énergie solaire photovoltaïque et thermique sous concentration

Overview & Synopsis

L'hybridation compacte des technologies solaires photovoltaïque et thermique sous concentration (PV/CST) constitue une approche prometteuse pour optimiser l'utilisation de l'énergie solaire, en permettant dans un même système la conversion photovoltaïque et la conversion thermique. Cette approche implique le développement de revêtements multicouches à indices de réfraction alternés garantissant une séparation/sélectivité spectrale. Les miroirs concentrateurs solaires sont alors remplacés par des cellules PV sur lesquelles sont déposés des empilements de TiO2 et SiO2 qui ont pour rôle de transmettre une partie du spectre solaire vers les cellules afin de générer de l'électricité, tandis que le reste du spectre solaire est réfléchi vers un absorbeur thermique pour produire de la chaleur. Pour mener à bien ces travaux et proposer des empilements multicouches satisfaisant les fonctions recherchées, une méthodologie combinant simulation numérique et validation expérimentale a été adoptée. L'étude a d'abord porté sur l'élaboration et la caractérisation de monocouches de TiO2 et SiO2, en explorant les paramètres d'élaboration d'un procédé plasma de pulvérisation magnétron multicathodes, afin d'évaluer leur impact sur les propriétés physico-chimiques, morphologiques et optiques des couches minces. Parallèlement, des simulations du comportement optique d'empilements multicouches constitués de ces monocouches ont été réalisées à l'aide du logiciel SolPOC. À partir des résultats de simulation, les empilements les plus prometteurs ont été élaborés expérimentalement, puis caractérisés afin de confronter les réponses spectrales expérimentales et celles prédites par la simulation. Cette comparaison entre simulation et expérience a permis de confirmer la validité du code d'optimisation et la faisabilité de ces revêtements multicouches à sélectivité spectrale pour les systèmes hybrides PV/CST.