Vers des fenêtres génératrices d’électricité — AcademicTransfer

2024-09-04 12:58:35

Vous combinerez votre créativité avec des compétences analytiques et expérimentales pour découvrir de nouveaux revêtements de fenêtre luminescents générateurs d’électricité. Vous publierez de nouveaux processus fondamentaux de physique du solide et d’optique et explorerez les options de mise à l’échelle de vos nouveaux revêtements avec une start-up et l’industrie du verre. Vous trouverez plus d’informations sur les thèmes du groupe de recherche sur www.vanderkolklab.com

Dans ce projet de recherche de doctorat, vous développerez des matériaux luminescents pour la technologie photovoltaïque intégrée au bâtiment (BIPV). Vous fabriquerez et étudierez de nouveaux types de matériaux absorbants solaires luminescents fortement absorbants de quelques centaines de nm d’épaisseur seulement, qui peuvent convertir la partie UV+VIS du spectre solaire en luminescence infrarouge. Lorsqu’ils sont appliqués comme revêtement sur les fenêtres, ces matériaux peuvent permettre de créer une fenêtre photovoltaïque rentable générant de l’électricité selon le principe d’un concentrateur solaire luminescent (LSC). Un LSC peut capter la lumière du soleil en absorbant, en réémettant et en guidant ensuite la lumière, comme dans une fibre optique, vers des cellules solaires intégrées dans la vitre qui convertissent la lumière en énergie électrique.

Pour développer avec succès de nouveaux matériaux absorbants luminescents de grande valeur, il est essentiel d’acquérir une compréhension fondamentale des processus physiques sous-jacents au mécanisme de luminescence des matériaux. L’un des défis scientifiques est de comprendre comment les paires électron-trou générées peuvent transférer leur énergie aux centres de luminescence. Les absorptions les plus fortes possibles dans un matériau inorganique sont ce que l’on appelle les absorptions à bande interdite dans lesquelles un électron est excité de la bande de valence (VB) à la bande de conduction (CB), laissant derrière lui un trou dans la VB. Bien qu’il existe de nombreux matériaux (hôtes) avec une petite bande interdite qui absorbent toute la partie visible du spectre solaire (matériaux noirs), très peu présentent une luminescence efficace des ions dopants. Le transfert d’énergie de l’hôte vers l’ion dopant est souvent décrit par un processus de résonance entre l’émission d’excitons (auto-piégés) et l’absorption d’ions dopants. Les matériaux de ce projet ont une bande interdite plus petite et sont sélectionnés pour avoir une faible énergie de liaison d’excitons, ce qui rend le transfert impliquant les excitons inefficace. Dans les nouveaux matériaux, le transfert séquentiel de l’électron suivi du trou est le processus de transfert prévu vers les centres de luminescence.

Les connaissances fondamentales sont obtenues en premier lieu par spectroscopie optique et de luminescence résolue en temps et en température, combinée à diverses techniques d’analyse de la structure, de la composition (des défauts) et de la morphologie des films. Ensuite, la compréhension fondamentale implique l’interprétation des données et le développement de modèles en utilisant les connaissances de la physique du solide, de l’optique et de la mécanique quantique. Idéalement, les connaissances obtenues seront utilisées pour sélectionner d’autres matériaux aux propriétés améliorées au cours de votre projet.

Dans ce projet, vous apprendrez les tenants et aboutissants de la pulvérisation réactive DC, RF et magnétron pulsé, la technologie de référence dans l’industrie du revêtement de verre, pour fabriquer des matériaux luminescents. Les matériaux ciblés sont des matériaux semi-conducteurs inorganiques dopés aux terres rares (comme Yb) et aux métaux de transition (comme Mn), émettant dans la gamme spectrale infrarouge, où les cellules solaires au silicium ont une efficacité de conversion élevée.

Le groupe Matériaux Luminescents de l’Université de Technologie de Delft a plus de 30 ans d’expérience dans la recherche sur les matériaux luminescents et collabore avec une start-up et l’industrie du revêtement de verre pour faciliter l’application à grande échelle des revêtements comme fenêtres. Vous travaillerez dans une équipe, dirigée par votre promoteur, avec d’autres doctorants, des techniciens, une start-up et l’industrie du revêtement de verre. Un doctorant reçoit une formation générale de l’École Supérieure de l’Université et peut être impliqué dans des activités telles que l’enseignement de travaux pratiques pendant une petite partie de son temps et co-superviser un projet de fin d’études au niveau du baccalauréat et du master.

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