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Missions

Pour faciliter les meilleures solutions technologiques possibles pour la mise en œuvre de l'agrivoltaïsme, c'est-à-dire l'utilisation combinée des terres à des fins agricoles et pour la production d'électricité, il est nécessaire de concevoir des modules photovoltaïques (PV) hautement efficaces, adaptés à un déploiement dans un environnement agricole. Cela signifie que nous devons contrôler précisément des propriétés physiques telles que la réflectivité et la transmissivité de la lumière, faciliter l'installation avec des modules solaires légers basés sur des cellules à couche mince, ainsi que leur fiabilité et leur cycle de vie. Dans les approches actuelles de fiabilité des systèmes photovoltaïques (PV), les effets de la chimie des facteurs environnementaux, qui peuvent résulter du climat, de la pollution atmosphérique, du lessivage des matériaux des cellules ou de la dégradation des matériaux d'encapsulation, sont généralement négligés. Cependant, les mécanismes de dégradation pourraient être fortement influencés par l'environnement, en particulier dans les applications agricoles, où les installations sont en contact avec de nombreux engrais, herbicides, espèces biologiques, etc., et sont exposées à des niveaux élevés d'humidité. Cela est particulièrement important pour les PV à couche mince, qui pourraient offrir des solutions mobiles, flexibles et semi-transparentes, mais également pour les pièces métalliques (câbles, cadre, etc.). Alors que les modules PV commerciaux à base de silicium ont déjà trouvé une première place dans le domaine de l'agrivoltaïsme, une analyse dédiée de la compatibilité des matériaux absorbeurs à couche mince, tels que les pérovskites halogénées et les CIGS, ainsi que leurs empilements de dispositifs correspondants, commence tout juste à émerger. Ces semi-conducteurs multicomposants contiennent potentiellement des éléments toxiques et présentent des problèmes de stabilité interfaciale inhérents, ce qui nécessite donc une évaluation de la réactivité chimique possible avant que ces technologies ne puissent être mises en œuvre dans un environnement agricole. Pour atteindre cet objectif, nos activités de recherche se situent à l'interface entre la science des matériaux, la chimie physique et la physique de la matière condensée. En parallèle, la science de la corrosion permet d'évaluer la stabilité des métaux, mais aussi de divers oxydes semi-conducteurs et isolants, des produits de corrosion et des polymères utilisés dans l’empilement des dispositifs. Combiner l'expertise de la science de la corrosion et de la science des matériaux photovoltaïques ouvrira une nouvelle perspective sur l'applicabilité des nouveaux systèmes PV dans l'agrivoltaïsme.

(1) Dinesh, H.; Pearce, J. M. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2016, 54, 299–308.
(2) Barron-Gafford, G.A. et al. Agrivoltaics Provide Mutual Benefits across the Food–Energy–Water Nexus in Drylands. Nat Sustain 2019, 2 (9), 848–855.
(3) Debono, A.; L’Hostis, H.; Rebai, A.; Mysliu, E.; Odnevall, I.; Schneider, N.; Guillemoles, J.; Erbe, A.; Volovitch, P. Synergistic Effect between Molybdenum Back Contact and CIGS Absorber in the Degradation of Solar Cells. Progress in Photovoltaics 2024, 32 (3), 137–155.
(4) Debono, A.; Fikree, N.; Julien, A.; Rebai, A.; Harada, N.; Schneider, N.; Guillemoles, J.; Volovitch, P. Impact of Agricultural Atmospheric Pollutants on the Opto‐electrical Performance of CIGS Solar Cells. Progress in Photovoltaics 2024, pip.3834.
(5) Schulz, P. Interface Design for Metal Halide Perovskite Solar Cells. ACS Energy Letters 2018, 3 (6), 1287–1293.
(6) Schulz, P.; Cahen, D.; Kahn, A. Halide Perovskites: Is It All about the Interfaces? Chem. Rev. 2019, 119 (5), 3349–3417.

Activités

Nous recherchons un membre d'équipe enthousiaste, désireux de s'engager dans l'étude des propriétés physico-chimiques d'une gamme de nouveaux semi-conducteurs pour leur utilisation dans l'agrivoltaïsme. Le travail proposé vise à comprendre les mécanismes de dégradation dans les systèmes photovoltaïques à couche mince et l'effet des engrais ou des polluants sélectionnés, typiques des environnements agricoles, sur ces mécanismes. Des systèmes modèles et des assemblages complets (cellules photovoltaïques, mini-modules) seront étudiés dans des procédures de vieillissement spécifiquement conçues, en combinant des méthodes in situ et ex situ (spectroscopies Raman, photoluminescence et électronique, microscopie électronique à balayage, électrochimie, etc.). Le sujet de thèse s'inscrit dans une collaboration internationale avec l'Université de l'Arizona, avec des échanges réguliers du doctorant pour participer à des séries de mesures à l'étranger. Des expériences supplémentaires incluront une exposition sur le terrain dans des installations expérimentales d'AgriPV (au SIRTA en France ou en Arizona).

Compétences

• Diplôme de Master en science des matériaux, chimie physique ou dans des domaines connexes
• Solide base en physique et chimie des semi-conducteurs
• Fort intérêt pour l'expérimentation sur des dispositifs de caractérisation avancée et la fabrication d'échantillons
• Bonnes compétences en anglais et en communication
• Esprit curieux pour explorer l'inconnu et acquérir de nouvelles compétences expérimentales
• Mobilité internationale pour établir une collaboration étroite avec nos partenaires basés aux États-Unis

Contexte de travail