Doctorant (H/F) dans le domaine des cellules solaires organiques pour l'agrivoltaïsme - Limoges, France - CNRS

Description

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant (H/F) dans le domaine des cellules solaires organiques pour l'agrivoltaïsme
Référence : UMR7252-JOHBOU-003
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : LIMOGES
Date de publication : lundi 13 mai 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération brute est d'environ 2100,00 € mensuel
Section(s) CN : Micro et nanotechnologies, micro et nanosystèmes, photonique, électronique, électromagnétisme, énergie électrique

Description du sujet de thèse

Le domaine de l'agrivoltaïsme (ou AgriPV) est en pleine émergence depuis la dernière décennie (d'une capacité initiale installée de 5 MW en 2012 jusqu'à 14 GW en 2021), compte tenu de sa capacité à concilier les terres arables disponibles avec la production d'électricité à grande échelle en utilisant des modules photovoltaïques. Dans ce contexte, les technologies photovoltaïques semi-transparentes sont particulièrement pertinentes, car elles peuvent offrir un taux de couverture de 100 % par rapport aux technologies photovoltaïques opaques. De plus, elles ont le potentiel d'assurer un environnement de croissance approprié en laissant passer le rayonnement photosynthétique pendant que le spectre complémentaire absorbé est converti en électricité. Parmi les technologies photovoltaïques en couches minces, le photovoltaïque organique (OPV) présente un potentiel élevé pour les applications AgriPV car il permet de développer une transparence sélective en longueur d'onde, tout en assurant une fabrication de modules à faible coût compatible avec les contraintes écoenvironnementales. Cependant, plusieurs défis cruciaux restent à relever : i) la modulation fine de la transmission optique du dispositif en ce qui concerne la croissance des cultures et l'efficacité de la récupération d'énergie ; ii) la conception de modules PV semi-transparents à faible coût et avec une durabilité importante ; iii) la démonstration de stratégies d'encapsulation efficaces. Dans ce contexte, le projet de thèse vise à co-optimiser l'efficacité de la récupération d'énergie et l'efficacité photosynthétique d'architectures OPV par l'ingénierie de transmission optique des dispositifs, grâce à l'intégration de matériaux actifs de pointe, à l'intégration d'électrodes semi-transparentes imprimables innovantes, ainsi que grâce à leur simulation et optimisation optique avancée. Les principaux objectifs de la thèse sont donc de sélectionner soigneusement les matériaux absorbants organiques pour répondre pleinement aux spécifications de transmission en termes de plage spectrale et d'amplitude d'absorption lumineuse (couches actives sélectives dans l'ultraviolet et le proche infrarouge) et de développer l'architecture du dispositif permettant d'atteindre les performances visées. Des mélanges de couches actives binaires, ternaires ou quaternaires seront considérés pour atteindre ces objectifs, ainsi que l'exploitation d'effets plasmoniques originaux capables d'améliorer la réponse optique du dispositif. Les composants photovoltaïques à l'échelle du laboratoire seront fabriqués et validés sur de petites surfaces, avant que des mini-modules ne soient mis en œuvre à l'aide de technologies d'impression spécifiques. Des tâches consacrées à l'ingénierie des interfaces et à la modélisation optique des architectures seront également abordées au cours de la thèse. Des caractérisations optoélectroniques avancées seront systématiquement effectuées pour la validation des performances. Enfin, l'efficacité photosynthétique (PE) sera utilisée comme figure de mérite pour co-optimiser la production d'électricité à partir de l'OPV sélective semi-transparente développée, sans compromettre la croissance des cultures considérées. Le projet fera appel à l'expertise de partenaires nationaux bien identifiés dans le domaine de l'OPV (XLIM et CINAM), des simulations et caractérisations optiques (IM2NP, LAPLACE), ainsi que dans le domaine de l'application AgriPV (LAPLACE).

Contexte de travail

La thèse s'inscrit dans un projet national financé via le plan France 2030, au travers du PEPR TASE et de son projet ciblé SMART4MODULE. Le projet s'appuie sur un consortium académique de 4 partenaires complémentaires, apportant leurs savoirs-faires spécifiques : XLIM (Limoges) pour son savoir-faire dans le domaine des OPV et des électrodes transparentes ; le CINAM (Marseille) pour son savoir-faire dans le domaine des OPV et des technologies d'impression grande surfaces ; l'IM2NP (Marseille) pour son expertise dans la modélisation optique des dispositifs optoélectroniques et des effets plasmoniques ; et le LAPLACE (Toulouse) pour son savoir-faire concernant la métrologie des composants optoélectroniques et la réponse photosynthétique pour l'application agrivoltaïque.
Le contrat doctoral sera principalement administré par la délégation CNRS tutelle de l'institut de recherche XLIM à Limoges (délégation CNRS Centre Limousin Poitou Charente). La direction de la thèse sera assurée pour moitié à XLIM (Johann Bouclé), et pour moitié au CINAM de Marseille (Olivier Margeat). Le planning de travail imposera des séjours à Limoges et des séjours à Marseille, mais l'organisation sera décidée en accord avec le(la) candidat(e) recruté(e). Les frais de trajet et de séjours seront dans tous les cas pris en charge via le fonctionnement du projet. Des séjours de courtes durée additionnels chez les partenaires IM2NP (Marseille) et LAPLACE (Toulouse) pourront être prévus selon les nécessités du projet de thèse.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.