INL

27 mar
27/03/2025 14:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Lanpeng QIANG

Études des propriétés électroniques des matériaux et des nanofils GaAs et AIN/GaN par microscopie à sonde à balayage à mode électrique

Doctorant : Lanpeng QIANG

Laboratoire INSA : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon

École doctorale : n°34 ML - Matériaux

Les structures semi-conductrices de basse dimension, en particulier les nanofils, présentent un fort potentiel d'application pour la nouvelle génération de dispositifs optoélectroniques, tels que les LEDs UV-Cet les cellules solaires. En effet, la relaxation des contraintes liées à la croissance spécifique des nanofils améliore considérablement la tolérance aux désaccords de maille dans les hétérostructures semi-conductrices. La faible densité de défauts des nanotils peut accroître l'efficacité de dopage par impuretés donneuses et acceptrices Étant donné que les dimensions de ces structures de basse dimension sont typiquement de l'ordre de plusieurs dizaines de nanomètres, de nouvelles méthodes de caractérisation et d'analyse de leurs propriétés électriques doivent être développées. Les techniques de microscopie à sonde locale (SPM) reposant sur la microscopie à force atomique (AFM) ont démontré leur utilité pour effectuer des mesures électriques à l'échelle nanométrique, suscitant ainsi un vif intérêt. La présente thèse se concentre sur les techniques SPM basées sur l'AFM, particulièrement la microscopie de résistance d'étalement (ou Scanning spreading resistance microscopy: SSRM), pour caractériser et analyser les propriétés électriques de matériaux semi-conducteurs Ill-V sous forme de nanostructures, notamment les couches fines de GaAs, les nanofils de GaAs et les nanofils de AIN/GaN. Une procédure de traitement de surface a été mise au point, comprenant la planarisation et la coupe en section transversale. La planarisation comporte l'encapsulation des nanofils à l'aide d'un sol-gel de SiO2, puis le polissage permettant d'exposer les nanofils et d'obtenir une surface de mesure plane et lisse adaptée au balayage de l'AFM. Le polissage peut produire un biseau qui autorise la caractérisation de différentes sections longitudinales des nanofils. Afin de mener une étude quantitative dans le GaAs par SSRM, un étalonnage a été réalisé à partir d'une structure en escalier multicouche élaborée par épitaxie par jets moléculaires (MBE). La plage de dopage mesurée par spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS) s'étend de Sx1016cm-3 à 1019cm-3. Des phénomènes anormaux lors de l'étalonnage ont pu être expliqués en tenant compte de la résistance parallèle parasite des échantillons étalons. Des mesures SSRM ont été réalisées sur des couches épaisses de GaAs, élaborées par épitaxie en phase vapeur aux hydrures (HVPE) (collaboration Institut Pascal à Aubiéres) dans diverses conditions novatrices de croissance.li a été possible de quantifier la concentration en porteurs, comprise entre 4x1016 et 1018cm-3, dans des couches de GaAs dopées au Zn. Une étude similaire a été effectuée sur des nanofils en GaAs non intentionnellement dopés élaborés par croissance sélective (SAG)-HVPE, révélant une concentration résiduelle en porteurs très faible et bien maitrisée de 7x101Scm-3. Ces résultats démontrent l'adéquation de la SSRM à l'analyse en profondeur d couches épaisses ou de nanofils, pour la résurgence de la HVPE. Nous avons étudié de façon systématique par SSRM la distribution du dopage Si de nanofils AIN/GaN, dont la croissance a été réalisée à des températures de cellule de Si comprises entre 800 et 1100°C. Les études menées démontrent une uniformité axiale et radiale du dopage Si dans les nanofils AIN/GaN élaborés par MBE assistée par plasma (PA-MBE) dans les conditions considérées (collaboration CEA Grenoble
/IRIG PHELIQS/NPSC) pour les températures de cellule de Si de 800°C à 1000°C. Les résultats conjoints de la SSRM et de la C-AFM pourraient permettre l'hypothèse que le profil de concentration en porteurs libres est influencé par la formation de centres DX dans l'AIN dopée des nanofils à 1100°C. La microscopie à force piézoréponse (PFM) a révélée la même orientation de polarité de surface. L'analyse SSRM de coupe transversale a montré un dopage homogène axial pour le GaN, l'AIN étant invisibilisé par une réaction d'hydrolyse.
 

Informations complémentaires

  • Amphithéâtre 1, CPE Lyon, Bâtiment Irène Joliot Curie, 3 rue Enrico Fermi, 69622, Villeurbanne, France

19 déc
19/12/2024 14:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Chander BHAN CHANDER BHAN

« Photonics-based environmental sensors for automotive air quality monitoring »

Doctorante : Chander BHAN CHANDER BHAN

Laboratoire INSA : INL
École doctorale : EDA160 : EEA (Électronique, Électrotechnique, Automatique)

La pollution de l'air demeure un défi de santé publique, entraînant des problèmes de santé graves tels que des infections respiratoires aiguës, le cancer du poumon, etc.. Cela est principalement dû à l'inhalation d'air contenant de fortes concentrations de polluants, en particulier les hydrocarbures polyaromatiques comme le fluoranthène et le benzène, qui sont des polluants PM2.5 (particules d'une taille <= 2,5 µm) courants émis par les véhicules, les industries, etc. Les solutions actuelles sur le marché pour mesurer ces polluants, telles que les compteurs de particules optiques et les dispositifs MEMS basés sur les principes de diffusion de la lumière, sont souvent peu fiables, offrant une sensibilité réduite pour les particules fines (tailles < 0,1 µm). Par conséquent, il est nécessaire d'explorer des approches alternatives, telles que la manipulation de fluides sur puce par la lumière à l'aide de dispositifs photoniques intégrés, qui offrent une détection de taille de particule plus précise.
Cette thèse présente une solution utilisant des dispositifs de circuits photoniques intégrés sur une plateforme en SixNy pour la détection de l'indice de qualité de l'air. Pour surmonter les défis associés au piégeage de particules diélectriques de moins de 100 nm, la recherche explore diverses structures photoniques, notamment des guides d’onde diélectriques standards, des résonateurs en anneau à modes d'ordre supérieur (HOM) et des guides d'ondes plasmoniques hybrides. L'étude se concentre sur quatre composants clés de la photonique intégrée : les guides d'ondes en ruban diélectriques, les résonateurs en anneau HOM, les couplages par effilement inversé, et les résonateurs en anneau plasmoniques hybrides. Cette étude comprend leur conception, leur fabrication et leur compatibilité avec des plateformes industrielles telles que DAPHNE de STMicroelectronics. L'analyse des forces optiques, réalisée à l'aide de méthodes telles que le tenseur de contrainte de Maxwell et l'approximation de dipôle discret, fournit un cadre rigoureux pour optimiser la conception et évaluer différentes structures.
 

 

 

Informations complémentaires

  • Salle des thèses, Irène Joliot-Curie, INL Lyon (Villeurbanne)    

Mots clés

04 nov
04/11/2024 14:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Hugo QUARD

Intégration de centres colorés en nanophotonique silicium : contrôle de la localisation des émetteurs et ingénierie d’émission spontanée

Doctorante : Hugo QUARD

Laboratoire INSA : INL
École doctorale : EDA160 : EEA (Électronique, Électrotechnique, Automatique)

Depuis des décennies, chercheurs et ingénieurs explorent l'intégration de sources lumineuses efficaces dans la plateforme en silicium. Récemment, les centres colorés dans le silicium ont émergé comme candidats prometteurs pour ces sources lumineuses dans les bandes du proche infrarouge et des télécommunications. Isolés, ces défauts agissent comme des sources de photons uniques, ouvrant la voie à l'intégration de dispositifs photoniques quantiques avec les plateformes électroniques en silicium. Cependant, quelques verrous persistent : (i) les processus actuels pour créer ces défauts sont complexes et nécessitent généralement des étapes d'implantation, et (ii) le contrôle de la direction et de la polarisation de la lumière émise par les centres colorés reste difficile. Dans ce travail, nous abordons le premier verrou en démontrant qu’un recuit laser femtoseconde permet d’obtenir des centres colorés dans des substrats commerciaux en silicium sur isolant sans implantation. Cela permet de générer des centres W dans une zone restreinte de taille inférieure à la section transversale du spot laser. Le deuxième verrou est traité en couplant les centres colorés avec des structures photoniques en silicium. Nous avons amélioré la directivité de l'émission des centres G en les intégrant dans des résonateurs de Mie en silicium fabriqués par démouillage. Par des simulations FDTD, nous avons estimé une efficacité d'extraction dépassant 60%, et les données expérimentales indiquent que nous pouvons collecter plus de 90% du signal émis dans l'espace libre avec une ouverture numérique standard. Nous avons également démontré par des simulations que l’intégration des centres colorés dans des cristaux photoniques permet d’obtenir des états de polarisation diverses à partir des centres émettant initialement une onde polarisée linéairement. Des cristaux photoniques présentant les modes optiques d’intérêt ont été réalisés expérimentalement. L'ensemble de ces résultats montre une avancée dans le contrôle de la localisation des centres créés et l’ingénierie de leur émission spontanée

Informations complémentaires

  • Amphithéâtre des thèses de l'INL, Bâtiment Irène Joliot-Curie, INSA-Lyon (Villeurbanne)    

Mots clés

19 juil
19/07/2024 10:00

Sciences & Société

Soutenance de l'Habilitation à Diriger des Recherches en sciences : Alexandra Apostoluk

Nanostructures d’oxydes métalliques et les études de leur application dans la conversion d'énergi

Maître de conférences : Alexandra Apostoluk

Laboratoire INSA : Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL UMR CNRS 5270)

Rapporteurs :

  • Kaminski-Cachopo Anne, Professeure des universités
  • Mizera Jaroslaw, Professeur des universités
  • Rinnert Hervé, Professeur des universités

Jury : 

Civilité

Nom et Prénom

Grade/Qualité

Établissement

Mme

Andraud Chantal

Directrice de recherche CNRS

ENS de Lyon, Laboratoire de Chimie, UMR CNRS

5182

M.

Danièle Stéphane

Professeur des universités

CPE Lyon, CP2M-ESCPE LYON UMR CNRS 5128

Mme

Kaminski-Cachopo Anne

Professeure des universités

INP Phelma Grenoble, Centre de Radiofréquences, Optique et Micro-nanoélectronique des Alpes, UMR

CNRS 5130

M.

Masenelli Bruno

Professeur des universités

INSA Lyon, INL UMR CNRS 5270

M.

Mizera Jaroslaw

Professeur des universités

Warsaw Uniwersity of Technology, Faculty of

Materials Science and Engineering, Pologne

M.

Rinnert Hervé

Professeur des universités

Université de Lorraine, Institut Jean Lamour, UMR

CNRS 7198

Informations complémentaires

  • Bâtiment Blaise Pascal, Amphithéâtre Pierre-Gilles de Gennes - Villeurbanne

Mots clés

08 juil
08/07/2024 10:30

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Damien RICHERT

Métrologie des techniques de microscopie à sonde locale micro- onde appliquées aux mesures de transport dans le domaine des semiconducteurs

Doctorant :  Damien RICHERT

Laboratoire INSA : INL

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Cette thèse se focalise sur l’établissement d’une métrologie des mesures de propriétés électrique à l’échelle submicrométrique. Le Scanning Microwave Microscopy (SMM), qui permet d’accéder aux propriétés électriques d’un échantillon (impédance, permittivité électrique, tangente d’angle de perte et concentration de dopant), répond à ces critères. Il s’agit d’un microscope à force atomique interfacé à un analyseur de réseaux vectoriel (VNA). Si la métrologie de la mesure électrique utilisant un VNA est bien établie, ce n’est pas le cas pour les configurations SMM. Un VNA permet, s’il est calibré, d’extraire des propriétés électriques à partir de la mesure du paramètre de réflexion. Pour une configuration SMM, la méthode la plus commune est dérivée de la calibration Short- Open-Load utilisant trois impédances connues sur un échantillon de référence. L’un des résultats clé de cette thèse est l’établissement du bilan d’incertitude associé à la mesure d’impédance par SMM. Pour ce faire, une caractérisation de l’échantillon de référence démontra que l’incertitude associée aux valeurs des impédances présentes (0.3; 9.8 fF) est inférieure à 2.8 %. Fort de ce bilan d’incertitude, un second échantillon de référence fut proposé et caractérisé avec une incertitude associée inférieure à 1.9 %. L’incertitude sur la mesure des capacités de référence par le SMM calibré est inférieure à 3 %. Un cas d’application est l’extraction de la permittivité d’échantillons piézoélectriques avec une incertitude inférieure à 10.6 %. L’incertitude due à l’humidité relative (RH) sur la calibration du SMM fut étudiée empiriquement et par simulation numérique. Le RH impacte la calibration à hauteur de 0.4 % pour les capacités de 0.3 fF et devient négligeable pour les capacités au-dessus de 4 fF. Enfin, des courbes dC/dz furent acquise par microscopie à force électrostatique (EFM) sur un diélectrique connu afin d’assurer la traçabilité de la mesure de constante de raideur de la sonde employé.

Informations complémentaires

  • Salle Amphi du LNE, 1, rue Gaston Boissier (Paris)

Mots clés

17 juin
17/06/2024 14:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Huiru REN

Eco-friendly nanoimprinting of TiO2 nanostructures for photonic biosensor application

Doctorante : Huiru REN

Laboratoire INSA : INL
École doctorale : EDA160 : EEA (Électronique, Électrotechnique, Automatique)

Cette thèse vise principalement à développer un procédé à faible impact environnemental pour la fabrication de dispositifs photoniques visant une application d'analyse biomoléculaire à usage unique. Le matériau et le procédé doivent donc offrir de bonnes propriétés optiques pour la biodétection : indice de réfraction élevé, bonne transparence, bonne reproductibilité à l'échelle nanométrique. La stratégie de cette thèse est basée sur la mise au point de dispositifs à des cristaux photoniques dans une couche d'oxyde de titane, fabriqués par une technologie "verte" à fort potentiel : la nanoimpression de sol- gel. Deux voies différentes sont étudiées, la nanoimpression thermique et un processus de soft-NIL.

 

 

Informations complémentaires

  • Amphithéâtre des thèses de l'INL, Bâtiment Irène Joliot-Curie, INSA Lyon (Villeurbanne)  

19 fév
19/fév/2024

Recherche

La micro-sieste : le secret de survie des manchots dévoilé par le système Oneiros de l’INL

Aussi grand qu’une pièce de monnaie, le système de monitoring du sommeil « Oneiros », développé au sein de l’Institut des Nanotechnologies de Lyon(INL), a révélé la stratégie des manchots à jugulaire de l’Antarctique pour veiller sur leurs nids : des milliers d'assoupissements ultra-courts qui permettent aux oiseaux de bénéficier de 11 heures de sommeil, tout en protégeant les œufs de la colonie. L’expérimentation, récemment mise sous les feux des projecteurs du journal scientifique « Science», a été rendue possible grâce au développement d’un appareil d’électrophysiologie de pointe dont Bertrand Massot, enseignant-chercheur à l’INSA Lyon et au laboratoire INL avait la charge. Des enjeux électroniques, à l’optimisation de stockage, en passant par l’anticipation des conditions climatiques sur le continent blanc, il explique l’aboutissement de dix années de recherche.

La quête d'un système miniaturisé pour étudier le sommeil animal
La collaboration entre Bertrand Massot et Paul-Antoine Libourel, chercheur au Centre National en Neurosciences de Lyon, a débuté en 2013. « Paul-Antoine s’intéresse à l’évolution animale à travers le sommeil. Alors qu’il cherchait à réaliser des mesures de sommeil sur des reptiles en captivité à l’aide de systèmes assez lourds et encombrants, il nous avait sollicité pour alléger ces derniers », introduit Bertrand Massot. 
Après plusieurs tentatives fructueuses en animalerie, l’équipe de chercheurs souhaite aller plus loin, et surtout, au plus près de la condition naturelle des animaux étudiés. « En animalerie, on peut considérer que le sommeil est biaisé car dans la nature, l’animal est entouré de ses pairs mais fait aussi face à la prédation. Autant de facteurs qui peuvent influer les cycles de repos. C’est comme ça que nous avons commencé à réfléchir un système miniaturisé. L’objectif était de taille : dans un objet aussi gros qu'un morceau de sucre, il nous fallait intégrer 32 canaux d’électrophysiologie, dont tous les signaux électriques d’un corps, l’activité physique et l’activité métabolique comme la température corporelle, la fréquence cardiaque ou l’électroencéphalographie par exemple ». 
Pendant près de 5 ans, l’équipe cherche le meilleur compromis technique entre la taille, le stockage et la consommation. « Ma recherche consiste à trouver la bonne architecture électronique, en miniature. À l’INL, nous avons l’habitude de travailler sur le corps humain. L’étude animale en conditions naturelles pose d’autres enjeux car nous ne savons pas tout des habitudes de nos sujets d’étude », explique le chercheur de l’INSA Lyon.

 


Le système Oneiros développé au sein de l’INL, 
aussi grand qu’un morceau de sucre.

 

Le défi ultime : surveiller le sommeil des manchots en Antarctique
Après plusieurs phases de tests en conditions écologiques auprès de différentes populations animales, le système « Oneiros » connaît son ultime challenge : recueillir des données de sommeil sur des manchots à jugulaire en Antarctique. « Les manchots vivent entre la banquise et la mer ; il fallait donc que le système miniature résiste jusqu’à 10 bars car ces oiseaux peuvent nager jusqu’à 100 mètres sous l’eau pour chercher leur nourriture. »  
C’est ainsi que l’appareil, qui tire son nom d’Oneiroi, divinité grecque des rêves, s’est mis au chevet des manchots à jugulaire. « Ces oiseaux ont une épaisseur de gras très importante, ce qui a permis de les équiper sans les gêner pour l’étude. Des électrodes ont été placées sur leurs têtes. Sur leur dos, on peut apercevoir des systèmes électroniques : le GPS et le système Oneiros. » 
Pendant plusieurs jours, la dizaine d’oiseaux observée a révélé ses habitudes d’éveil et de sommeil, offrant un regard inédit sur leur vie hypnique. 
Oiseaux nicheurs, les manchots vivent en colonie. Pendant la période d’incubation, la communauté protège ses œufs, en formant des rondes de plusieurs milliers de membres. « Les oiseaux en bord de la colonie sont les plus vulnérables à la prédation. Ils restent des jours entiers debout, sans avoir l’air de dormir. Ce sont eux que nous avons équipés pour comprendre leur stratégie de sommeil. Ils ont montré qu’en fractionnant leur repos en des milliers de siestes de quelques secondes, ils parvenaient à dormir 11 heures, tout en protégeant leurs pairs », explique Bertrand Massot.

 


Équipés du système Oneiros, les manchots partent en mer.

 

Les surprenantes habitudes de sommeil des manchots révélées
En observant les cycles de sommeil des manchots grâce au système Oneiros, les oiseaux révèlent donc une stratégie surprenante pour faire face aux rigueurs de la vie en Antarctique. Ces résultats, s’ajoutent aux observations des scientifiques du Korea Polar Research Institute (KOPRI) qui étudient cette colonie depuis plusieurs années. Dans un contexte de changement climatique rapide, ces découvertes pourraient bien éclairer la voie vers une meilleure préservation de ces espèces vulnérables et emblématiques du continent blanc. « Ces oiseaux, qui vivent en couple, se répartissent la chasse à tour de rôle. Dans un couple, si un membre quitte la colonie pour aller chasser en mer, l’autre reste pour protéger les œufs. Nos données ont aussi pu confirmer qu’ils dormaient en mer. Le micro-sommeil est une découverte en soi car il donne des éléments sur les comportements vitaux des manchots, notamment sur leur capacité à faire face à la prédation. En tant que nanoéletronicien, c’est assez grisant de se dire que ce petit système électronique, dont la miniaturisation relève d’un long travail de recherche, soit capable de révéler des informations aussi utiles qu’étonnantes ! », conclut Bertrand Massot. 

 


Pour protéger leurs pairs, les manchots à jugulaire de l’Antarctique usent
de plusieurs milliers de micro-siestes par jour.

 

[1] CNRS/Université de Lyon/CPE Lyon/Université Lyon 1/Centrale Lyon/INSA Lyon
[2] P.-A. Libourel, W. Y. Lee, I. Achin, H. Chung, J. Kim, B. Massot, and N. C. Rattenborg. Nesting chinstrap penguins accrue large quantities of sleep through seconds-long microsleeps. Science382,1026-1031(2023)

 

Mots clés

23 jan
23/01/2024 14:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Théo GIRERD

Interrogation en phase par holographie au voisinage de singularités de phase de cristaux photoniques : applications à la réalisation de capteurs à haute sensibilité

Doctorant : Théo GIRERD

Laboratoire INSA : INL
Ecole doctorale : EDA160 : Électronique, Électrotechnique, Automatique

La demande de la part d’acteurs industriels et académiques pour des capteurs dépassant les limites de détection actuelles ne cesse de croître (détections de cancers, procédés industriels).
L’une des approches prometteuses pour obtenir de tels dispositifs repose sur l’utilisation de nano- transducteurs optiques dont les résonances sont sensibles aux variations de l’environnement (indice de réfraction, géométrie de la structure).
Le travail de cette thèse vise ainsi à concevoir et caractériser des dispositifs basés sur l’utilisation de modes optiques Tamm proches de points singuliers, en particulier les points de couplage critique, pour lesquels une variation extrêmement abrupte de la phase à la réflexion est obtenue. Pour se rapprocher au plus près de ces points et explorer expérimentalement la sensibilité en phase du capteur avec sa proximité aux points singuliers, nous avons développé une méthode originale basée sur la nanostructuration de la couche métallique du transducteur. L’élaboration d’un modèle analytique exprimant la sensibilité en phase en fonction de la proximité aux points de couplage critique nous a permis de mettre en exergue les paramètres clés de la structure et du système de mesures pour améliorer la sensibilité en phase de manière significative.
Afin de démontrer expérimentalement ces concepts, nous avons développé un interféromètre original qui permet, grâce à une mise en forme de faisceau assistée par holographie, de mesurer précisément la sensibilité en phase des transducteurs optiques. Nous démontrons ainsi que nos transducteurs nanostructurés associés à un système interférométrique adapté permettent la réalisation d’un capteur de température à très grande sensibilité.
Enfin, nous montrons qu’en adaptant les matériaux de notre transducteur (matériaux diélectriques poreux), le même concept peut être appliqué à des modes de Bloch de surface pour concevoir un capteur de gaz dont les sensibilités théoriques ouvrent la voie à la réalisation de capteurs de gaz à très faible concentration (< 100 ppb).

Informations complémentaires

  • Amphithéâtre de Thèse, Bâtiment Irène Joliot Curie, INL (Villeurbanne)    

Mots clés

18 déc
18/12/2023 14:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Robin GAETANI

Techniques de mesure à distance par laser de facteurs physiologiques chez les plantes

Doctorant : Robin GAETANI

Laboratoire INSA : INL
Ecole doctorale : ED34 Matériaux de Lyon

La proliferation des parasites agricoles est la principale raison de l’utilisation des traitements phytosanitaires. La detection precoce des maladies des plantes est donc prometteuse afin de reduire leur utilisation. La detection precoce des conditions necessaires au developpement des maladie est encore meilleure. OR, les maladies cryptogamiques ont generalement besoin d’eau pour proliferer, comme le mildiou dans les vignobles.
Un outil de surveillance de l’humidite peut aider les agriculteurs a anticiper les maladies et eviter leur propagation. Un outil a base de laser pourrait permettre des mesures rapides et globales dans un format compact.
Dans ce contexte, un tel prototype a ete developpe exploitant la retrodiffusion de la lumiere par des surfaces couvertes de gouttes. Tout d’abord, le prototype a ete teste dans des conditions controlees de creation de rosee. Des feuilles hydrophobes et hydrophiles ont ete utilisees afin de couvrir les cas extremes possibles dans la vegetation. En analysant le signal retrodiffusé et en le comparant a un capteur de mouillage commercial, le prototype a reussi a detecter l’eau avec une meilleure sensibilite. Des simulations de tracage de rayons ont permis de relier le signal au taux de couverture de la surface.
Une deuxieme methode a ete mise au point. Basee sur une combinaison d’algorithmes d’intelligence artificielle et des donnees extraits d’images, elle permet d’atteindre une precision de 99 % dans la detection de l’etat d’humectation. Son avantage est qu’elle peut etre utilisee avec une seule image afin de determiner l’etat d’humectation des feuilles.
Enfin, ce prototype a ete testé sur le terrain. La detection de l’humectation a pu etre confirmee lors d’un evenement de pluie.
 

Informations complémentaires

  • Amphithéâtre Soutenance de thèse, Bâtiment Irène Joliot Curie (Villeurbanne)

15 déc
15/12/2023 09:00

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Victor VAREILLES

Highly integrated photovoltaic micro-concentrator for space applications

Doctorant : Victor VAREILLES

Laboratoire INSA : INL
Ecole doctorale : ED160 : Electronique Electrotechnique Automatique

Les applications spatiales requièrent de plus en plus d’énergie électrique pour la propulsion, les constellations de satellites et les missions d’exploration en espace lointain. La micro-concentration photovoltaïque peut être une solution pour fabriquer des générateurs solaires hautement performants en diminuant l’usage des cellules solaires à base de matériaux III-V extrêmement coûteux. Prometteuse, cette technologie doit relever les défis posés par les contraintes de masse et de volume dans l'espace. Cette thèse s'articule autour d'un micro-concentrateur innovant, basé sur un réseau de miroirs hexagonaux intégrés dans un nid d'abeille. Les cellules solaires sont fixées sur un substrat en verre placé sur le réseau optique. Cet assemblage est monolithique, compact et léger.
La première partie détaille l’auto-alignement capillaire nécessaire pour positionner à quelques dizaines de microns plusieurs dizaines de milliers de micro-cellules par mètre carré. Des simulations validées par l’expérience sont effectuées pour déterminer l'influence du volume de liquide, de la taille des récepteurs et du positionnement initial des cellules, permettant d'atteindre une précision inférieure à 30 µm.
La deuxième partie se consacre au comportement mécanique du composite sous contrainte thermique. Un modèle par éléments finis permet de concevoir un micro- concentrateur en limitant sa courbure tout en minimisant sa masse.
Enfin, la troisième partie met en avant les différentes étapes de fabrication du prototype et notamment la réalisation des récepteurs déposés par sérigraphie sur le verre support, l’interconnexion des cellules et leur brasure. Un premier rendement d’un mono-module de 21 % a été obtenu sous une irradiance directe de 903 W/m² à une température ambiante de 13°C. Pour une erreur de positionnement de 50 µm de la cellule par rapport à l’optique, les pertes n’excèdent pas 5 %.
Ce travail peut s’appliquer également aux modules photovoltaïques terrestres à base de composite, et de connectiques électriques spécifiques sur substrat verre.

Informations complémentaires

  • Salle 107, Bâtiment Lynx 4, CEA-INES (Le Bourget du Lac)

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