Multimodal approach combining IN-situ, ex-situ and Operando CharacTerizAtion with SimUlations for Highly REliable Next Generation Photovoltaics

Le projet MINOTAURE adresse les problèmes de fiabilité et de durabilité des nouvelles technologies de cellules photovoltaïques, qui constituent un enjeu majeur pour leur industrialisation et leur pénétration sur le marché. Il réunit un ensemble de 8 partenaires (CentraleSupélec, CEA, CNRS, FOTON-INSA Rennes, Université de Rennes, ENSAM, Synchrotron SOLEIL, EDF) regroupant 22 laboratoires possédant des expertises complémentaires en fabrication, caractérisation et modélisation de cellules photovoltaïques. 

Le projet est articulé autour de trois tâches centrales de caractérisations. La première concerne les caractérisations operando, dont les objectifs sont d’étudier les modifications de propriétés chimiques, mécaniques, physiques et électroniques de structures constitutives des cellules, qui se produisent dans des conditions de sollicitations rencontrées pendant leur fonctionnement (sous tension ou/et sous illumination). La deuxième concerne le vieillissement accéléré à partir de facteurs de stress contrôlés de différents types (chimique, électrique, optoélectronique), et en analysant les dégradations par des techniques in situ. La troisième est la caractérisation ex situ, utilisée à différents stades de dégradation et avec plusieurs objectifs : déploiement de nouvelles méthodes expérimentales ou améliorations spécifiques pour étudier les matériaux et les interfaces, adaptation de techniques pour évaluer la génération de défauts et leur impact, couplage d’outils de caractérisation afin d’enrichir les diagnostics, évaluation de propriétés sur de larges plages spatiales (Å - cm) ou temporelles (fs - s).

Ces trois tâches de caractérisation sont complétées par une tâche de modélisation en interaction forte avec celles-ci, afin de permettre l’analyse des performances et des mécanismes de dégradation des matériaux, interfaces et des cellules, en suivant une approche multi-échelle s’appuyant à la fois sur des calculs ab initio à l'échelle atomique, sur des simulations à l'échelle macroscopique de type éléments finis, et sur l’analyse des données par différents outils y compris des outils d'intelligence artificielle.