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Modélisation Thermomécanique des procédés de fabrication de modules photovoltaïques.

Modélisation Thermomécanique des procédés de fabrication de modules photovoltaïques.

Thermomechanical Modeling of Photovoltaic Modules Manufacturing Processes

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique numérique et Matériaux

Ecole doctorale

SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Directeur de thèse

BOUVARD Jean-Luc

Co-directeur de thèse

BOUCHARD Pierre-Olivier

Unité de recherche

Centre de Mise en Forme des Matériaux

Contact
Site Webhttp://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/doctorats/pour-postuler/these-cemef-6856
Mots-clés

module photovoltaïque, procédé de lamination, procédé d'interconnexion, modélisation thermomécanique, contraintes résiduelles

Photovoltaic modules, lamination process, interconnection process, thermomechanical modeling, residual stresses

Résumé

Le travail de recherche visant à résoudre ces problèmes comportera les étapes suivantes :
1) Modéliser les phénomènes thermomécaniques subis par un module lors de sa fabrication, qui vont induire des contraintes résiduelles au sein du module ;
2) Déterminer les impacts des phénomènes thermomécaniques sur les performances des modules et le niveau de contraintes résiduelles ;
3) Proposer des solutions pour réduire ces niveaux de contraintes.

Pour cela, des modèles numériques seront développés afin de simuler les phénomènes thermomécaniques entrant en jeu dans les procédés de fabrication des modules PV. L'influence des paramètres process sur les performances des modules sera simulée puis validée expérimentalement sur des modules, afin d'optimiser les procédés et les choix des matériaux entrant en jeux dans la fabrication du module.

In order to address such technological and scientific issues, the research work will focus on:
1) Modeling the thermomechanical phenomena experienced by a module during its manufacturing process and evaluating the induced residual stresses within the module;
2) Determining the impact of the thermomechanical conditions on module performance and the level of residual stresses;
3) Proposing solutions to reduce the levels of residual stresses.

Numerical models will be developed to simulate the thermomechanical phenomena involved during the manufacturing processes of PV modules. The influence of the process parameters on the modules performance will be modeled and validated experimentally to better optimize the processes and the selection of materials involved in the PV module.

Contexte

Les modules photovoltaïques (PV) sont constitués de couches photovoltaïques actives (Si, passivation), de couches d'encapsulation protectrice (polymères) et de plaques de verre. La performance et la durée de vie des modules PV dépendent en partie de leur capacité à résister à différentes contraintes environnementales, liées aux phénomènes thermomécaniques, physiques, chimiques et/ou électriques.
Dans le cadre de ce travail, nous nous intéresserons plus particulièrement aux contraintes résiduelles induites lors de la fabrication. Celle-ci comporte l'interconnexion électrique entre les cellules PV du module, par soudage ou collage de lignes conductrices, et l'encapsulation protectrice par des couches de polymères et de verre par le procédé de lamination (pressage à chaud). Ces contraintes résiduelles peuvent être à l'origine de défaillances observées sur les modules (délamination, fissure des cellules, rupture d'interconnexions …), soit dès la fabrication soit, en s'ajoutant aux contraintes de service, au cours de la vie des modules PV.

L'enjeu de ce travail de thèse sera de modéliser les procédés d'encapsulation et d'interconnexion des cellules afin de mieux comprendre leur influence sur les principales défaillances observées sur les modules.

Ce sont les différences de propriétés thermomécaniques au sein de l'empilement du module qui peuvent induire par dilatation différentielle des niveaux de contraintes internes relativement élevés si le module est soumis à des variations de température, ne serait-ce que pendant la phase de refroidissement après fabrication. Ces niveaux de contraintes peuvent dépasser le seuil critique de certaines interfaces internes au stack, ce qui peut provoquer une délamination/rupture pouvant engendrer une fin de vie précoce du module.

Encadrement

Autre encadrants: Pierre Montmitonnet et pour le CEA : Maryline Joanny et Rémi De Bettignies

Profil candidat

Diplômé d'une école d'ingénieur ou titulaire d'un Master2, le candidat devra posséder des compétences en mécanique des matériaux. Il devra présenter des connaissances dans le domaine de la modélisation numérique. Un goût prononcé pour l'expérimentation et l'analyse par des techniques expérimentales est également souhaitable. Son dynamisme, sa rigueur, sa capacité à travailler en équipe dans un contexte multidisciplinaire et ses compétences en anglais seront également des qualités importantes pour la sélection.

Diplômé dÂ'une école dÂ'ingénieur ou titulaire dÂ'un Master2, le candidat devra posséder des compétences en mécanique des matériaux. Il devra présenter des connaissances dans le domaine de la modélisation numérique. Un goût prononcé pour l'expérimentation et l'analyse par des techniques expérimentales est également souhaitable. Son dynamisme, sa rigueur, sa capacité à travailler en équipe dans un contexte multidisciplinaire et ses compétences en anglais seront également des qualités importantes pour la sélection.

Objectif

L'objectif de ce travail de thèse est d'améliorer la fiabilité et la durée de vie des modules photovoltaïques par la simulation thermomécanique de leurs procédés de fabrication située au cœur du dimensionnement des architectures de modules.

Références

...

Type financement

Financement d'une association ou fondation

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