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Over the past twenty years, semiconductor nanowires have attracted major interest for various applications thanks to their particular optoelectronic properties. The combination of the high absorption coefficient of the III-V semiconductors and the low cost of the silicon substrates would allow the realization of photovoltaic cells at low cost and high efficiency. It is in this context that this thesis was developed which focused on the development of devices based on III-V nanowires for photovoltaics. In a first part, the nanofabrication techniques for the realization of devices based on set of nanowires for photovoltaic cells are presented. Next, the fabrication and characterization of devices based on GaN nanowire arrays for photovoltaic applications is paving the way for the development of InGaN / Si tandem solar cells. In the following, we studied the growth of core-shell GaAs nanowires on Si as well as the technological steps for the fabrication of nanowire-based devices in order to prepare the ground for the realization of a tandem III-V cell on Si. Finally, the growth and electro-optical characterization of the nanowires containing axial junctions of raw GaAsP by the VLS-EJM method made it possible to determine the type of doping and the optimization of the structure in order to obtain a photovoltaic effect.; Depuis une vingtaine d’année les nanofils des semiconducteurs suscitent un intérêt majeur pour des applications diverses grâce à leurs propriétés optoélectroniques particulières. Dans le domaine du photovoltaïque ils présentent aussi un atout majeur. La combinaison du fort coefficient d’absorption des semiconducteurs III-V et le faible coût des substrats de silicium permettraient la réalisation des cellules photovoltaïques à faible coût et à haut rendement. C’est dans ce contexte que s’est déroulé cette thèse qui visait le développement des dispositifs à base des nanofils III-V pour le photovoltaïque. Dans une première partie, les techniques de nanofabrication pour la réalisation des dispositifs à base d’ensemble de nanofils pour les cellules photovoltaïques sont présentées. Ensuite, la fabrication et la caractérisation de dispositifs à base d’ensembles de nanofils de GaN pour les applications photovoltaïque sont permis d’ouvrir la voie au développement des cellules solaires tandems d’InGaN⁄Si. Dans la suite des travaux on a étudié la croissance des nanofils de GaAs du type cœur-coquille sur Si ainsi que les étapes technologiques pour la fabrication des dispositifs à base d’ensemble de nanofils dans l’optique de préparer le terrain pour la réalisation d’une cellule tandem III-V sur Si. Enfin la croissance et la caractérisation électro-optique des nanofils contenant des jonctions axiales de GaAsP crus par la méthode VLS-EJM a permis de déterminer le type de dopage et l’optimisation de la structure en vue d’obtenir un effet photovoltaïque.

Over the past twenty years, semiconductor nanowires have attracted major interest for various applications thanks to their particular optoelectronic properties. The combination of the high absorption coefficient of the III-V semiconductors and the low cost of the silicon substrates would allow the realization of photovoltaic cells at low cost and high efficiency. It is in this context that this thesis was developed which focused on the development of devices based on III-V nanowires for photovoltaics. In a first part, the nanofabrication techniques for the realization of devices based on set of nanowires for photovoltaic cells are presented. Next, the fabrication and characterization of devices based on GaN nanowire arrays for photovoltaic applications is paving the way for the development of InGaN / Si tandem solar cells. In the following, we studied the growth of core-shell GaAs nanowires on Si as well as the technological steps for the fabrication of nanowire-based devices in order to prepare the ground for the realization of a tandem III-V cell on Si. Finally, the growth and electro-optical characterization of the nanowires containing axial junctions of raw GaAsP by the VLS-EJM method made it possible to determine the type of doping and the optimization of the structure in order to obtain a photovoltaic effect.; Depuis une vingtaine d’année les nanofils des semiconducteurs suscitent un intérêt majeur pour des applications diverses grâce à leurs propriétés optoélectroniques particulières. Dans le domaine du photovoltaïque ils présentent aussi un atout majeur. La combinaison du fort coefficient d’absorption des semiconducteurs III-V et le faible coût des substrats de silicium permettraient la réalisation des cellules photovoltaïques à faible coût et à haut rendement. C’est dans ce contexte que s’est déroulé cette thèse qui visait le développement des dispositifs à base des nanofils III-V pour le photovoltaïque. Dans une première partie, les techniques de nanofabrication pour la réalisation des dispositifs à base d’ensemble de nanofils pour les cellules photovoltaïques sont présentées. Ensuite, la fabrication et la caractérisation de dispositifs à base d’ensembles de nanofils de GaN pour les applications photovoltaïque sont permis d’ouvrir la voie au développement des cellules solaires tandems d’InGaN⁄Si. Dans la suite des travaux on a étudié la croissance des nanofils de GaAs du type cœur-coquille sur Si ainsi que les étapes technologiques pour la fabrication des dispositifs à base d’ensemble de nanofils dans l’optique de préparer le terrain pour la réalisation d’une cellule tandem III-V sur Si. Enfin la croissance et la caractérisation électro-optique des nanofils contenant des jonctions axiales de GaAsP crus par la méthode VLS-EJM a permis de déterminer le type de dopage et l’optimisation de la structure en vue d’obtenir un effet photovoltaïque.

With the increasing demand for energy that human beings are faced with, the photovoltaics (PV) technology which converts solar radiation into electricity has undergone increasingly development. Although the current PV market is mainly dominated by the crystalline Si based technologies, thin film PV still bears the hope to become the solution to the energy crisis in the future due to its much lower cost and reasonable efficiency.Transparent conductive materials (TCMs), mostly transparent conductive oxides (TCOs), are an essential component in most types of thin film solar cells as the current-collecting electrode on the sun-facing side of the cell. In order to improve the optical absorption (which is restricted by the limited absorber thickness) in thin film solar cells, the TCOs are often desired to be textured (with significant surface roughness) to show high values of haze factor. Haze factor is defined as the ratio of the diffuse transmittance/reflectance to the total transmittance/reflectance. The hazier a TCO is (i.e. with higher haze factor), the more light it scatters. As a consequence, the optical path length is increased and thus the light trapping in the solar cell is improved, giving rise to higher light absorption in the active layers and photon-to-current conversion efficiency of the solar cells.In this work, innovative nanocomposites of fluorine doped SnO2 (FTO) in combination with ZnO, S:TiO2 and Al2O3 nanoparticles have been developed using an economic and facile 2-step process. These FTO nanocomposites exhibit 70-80% total transmittance and 10-15 Ohm/sq sheet resistance, satisfying the basic requirements as transparent conductive oxides used in photovoltaics devices. By changing the nanoparticle suspension concentration, the haze factor of these nanocomposites can be varied, in a controlled way, from almost 0% up to 80%. The morphological, structural, electrical, and optical properties of these FTO nanocomposites are investigated in great details and are found to be closely related to the underlying nanoparticles. Before discussing the integration of the FTO nanocomposites into real solar cell devices, efforts have also been made to shed some light on the understanding of FTO/TiO2 interface commonly adopted in various types of emerging thin film solar cells such as dye sensitized solar cells (DSSCs). Finally, the hazy FTO nanocomposites have been used as transparent electrodes in different types of thin film solar cells and the effect of haze factor on the device performance has been examined.By properly tuning the type and concentration of the underlying nanoparticles, the properties of the FTO nanocomposites can be tuned to meet the electrode requirement for specific photovoltaic technology. Our concept of preparing TCO nanocomposite by combining TCOs and nanoparticles provides a general guideline to design hazy electrodes as light management structures in thin film photovoltaics.; Avec la demande toujours croissante d'énergie à laquelle l’homme fait face, le photovoltaïque (PV), qui convertit le rayonnement solaire en électricité, a connu ces dernières décennies un développement important. Bien que le marché PV actuel soit principalement dominé par les technologies à base de Si cristallin, la technologie PV à base de couches minces porte toujours l'espoir de contribuer efficacement à l'avenir vis-à-vis de la crise énergétique en raison de son coût beaucoup plus faible et d'une efficacité raisonnable.Les matériaux transparents conducteurs (TCM), principalement des oxydes conducteurs transparents (TCO), sont une composante essentielle dans la plupart des types de cellules solaires à couches minces car ils servent d'électrode de collecte des porteurs photo-générés sur la face avant de la cellule, c’est-à-dire celle face au soleil. Afin d'améliorer l'absorption optique (limitée par l'épaisseur de l'absorbeur) dans des cellules solaires à couches minces, on souhaite souvent que les TCO soient texturés (avec une rugosité de surface significative) de manière à bien diffuser la lumière, et ainsi de présenter des valeurs élevées de facteur de diffusion de la lumière. Ce dernier, que l’on peut appeler facteur de haze, est défini comme le rapport entre la transmittance (respectivement réflectance) diffuse et la transmittance (respectivement réflectance) totale. Plus ce facteur est élevé plus le TCO diffuse la lumière. Par voie de conséquence, la longueur du trajet optique est augmentée et ainsi le piégeage de la lumière dans la cellule solaire est amélioré, donnant lieu à une absorption de lumière plus importante dans les couches actives et augmentant potentiellement le rendement de conversion photovoltaïque des cellules solaires.Dans ce travail, des nano-composites innovants à base de SnO2 dopé au fluor (FTO) en combinaison avec les nanoparticules ZnO, S:TiO2 et Al2O3 ont été développés en utilisant un processus économique et facile constitué de deux étapes. Ces nano-composites à base de FTO présentent une transmittance totale de 70-80% et une résistance de 10-15 Ohm/sq, satisfaisant ainsi aux exigences requises pour des oxydes transparents conducteurs utilisés au sein de dispositifs photovoltaïques. En modifiant la concentration de la suspension de nanoparticules le facteur de haze de ces nano-composites peut être varié, de manière contrôlée, de presque 0% à 80%. Les propriétés morphologiques, structurales, électriques et optiques de ces nano-composites à base de FTO sont étudiées en détail et elles apparaissent étroitement dépendantes des nanoparticules sous-jacentes. Avant de discuter de l'intégration des nano-composites FTO au sein de cellules solaires, des efforts ont également été consacrés à une bonne compréhension de l'interface FTO/TiO2 qui est couramment présente au sein de divers types de cellules solaires à couches minces émergentes telles que les cellules solaires sensibilisées au colorant (DSSCs). Enfin, les nano-composites FTO diffusants ont été intégrés comme électrodes transparentes au sein de différents types de cellules solaires à couches minces et l'effet du facteur de haze sur la performance du dispositif a été étudié.En ajustant correctement le type et la concentration des nanoparticules sous-jacentes, les propriétés des nano-composites à base de FTO peuvent être variées de manière à répondre aux exigences d'électrodes pour une technologie photovoltaïque spécifique. Notre concept de préparation du TCO nano-composite en combinant les TCO et les nanoparticules propose une ligne directrice générale qui conduit à l’élaboration d’électrodes à caractère diffusant variable; permettant ainsi une bonne absorption des photons pour le photovoltaïque en couches minces.

This thesis addresses the issue of intermittent primary energy source in several developing countries and considers, in particular, the case study of Lebanon. A PV-battery backup system is proposed and assessed as a replacement of the grid energy during daily power outage periods for a high energy consuming residential house. The proposed system topology introduces more critical conditions and additional constraints on the operation of the system compared to standard on-grid or standalone PV systems. The main concern is to provide permanent electricity supply to the house, reduce the resulting fees, and ensure high performance and reliability of the backup system while respecting the residents’ comfort levels. This thesis aims at thoroughly assessing the suitability of the proposed backup system by focusing on various aspects of the system. First, its configuration is optimized through the development of a detailed economic study estimating the resulting fees over its 20-year lifetime. The sizing process is formulated as an optimization problem having the sole objective of minimizing the overall cost of the system. Furthermore, a detailed comparative study of various water heating techniques is conducted to the end of determining the most suitable configuration to be coupled with the proposed backup solution. Second, the thesis targets the operation optimization of the PV-battery system by implementing a Demand Side Management (DSM) program aiming at preventing the occurrence of loss of power supply to the house while maintaining high comfort levels to the inhabitants and respecting the operation constraints of the system. The control is divided into several layers in order to manage predictable and unpredictable home appliances. The strength of the developed control lies in ensuring the complete coordination between all the components of the installation: the grid, PV panels, battery storage, and the load demand. The benefits of the DSM are proven to go beyond the operation optimization of the system since they highly affect the sizing of the backup, and by extension, the overall resulting cost. The established program is optimized for the hardware implementation process by ensuring a low memory consumption and fast decision making. The developed C codes of the full DSM program are implemented on ARM Cortex-A9 processors. The simulation and implementation results show that the developed management program is highly generic, flexible, accurate, fast, and reliable.The results presented in this thesis validate that the proposed PV-Battery backup system is highly suitable to assist unreliable grids. It outperforms currently installed Diesel Generators and demonstrates a remarkable reliability especially when coupled with the developed DSM program., Le travail effectué dans cette thèse propose et évalue une solution au problème de coupure fréquente du courant électrique fourni par le réseau publique défaillant dans plusieurs pays en voie de développement. La solution consiste à installer un système de panneaux Photovoltaïques (PV) avec des batteries de stockage opérant conjointement avec le réseau. L’étude traite particu- lièrement le cas Libanais et considère une application résidentielle à consommation d’énergie élevée. La topologie du système proposé introduit des contraintes supplémentaires au fonction- nement de l’ensemble par rapport aux deux configurations classiques traitées dans la littérature, à savoir accrochage au réseau ou système autonome. L’étude vise principalement à maintenir une alimentation permanente en électricité du foyer ainsi qu’à réduire les frais du système installé tout en respectant les niveaux de confort exigés par les résidents. L’étude traite l’optimisation du système PV-Batteries, en partant du dimensionnement jusqu’au fonctionnement. Tout d’abord, sa configuration est optimisée en se basant sur une étude économique détaillée pour l’estimation des frais considérant une durée de vie de 20 ans. Le dimensionnement est formulé comme un problème d’optimisation visant la réduction du coût global du système. L’optimisation du fonctionnement du système PV-batterie vient en second lieu. Un algorithme de contrôle de charges est élaboré. Cet algorithme sert à éviter la coupure du courant électrique tout en mainte- nant des niveaux élevés de confort des habitants d’une part et en respectant les contraintes de fonctionnement du système d’autre part. La gestion des charges s’effectue à plusieurs niveaux, afin de gérer les charges prévisibles et imprévisibles. La commande développée assure la coordi- nation complète entre tous les composants de l’installation : réseau, panneaux PV, batteries de stockage et charges électriques. L’étude prouve que le contrôle des charges conçu ne se limite pas à l’optimisation du fonctionnement du système, mais contribue de même à la réduction de son coût global. Le logiciel établi est optimisé de sorte à assurer une faible consommation de mémoire et une prise de décision rapide afin de réaliser l’implémentation des codes sur des processeurs de type ARM Cortex-A9. Les résultats de simulation et d’implémentation montrent que le programme développé est générique, flexible, précis, rapide et fiable.Les résultats présentés dans cette thèse attestent que le système PV-batterie proposé est bien approprié pour remplacer le réseau public pendant les périodes de coupure du courant électrique dans une application résidentielle. De plus, ce système présente une bonne fiabilité surtout lorsqu’il est couplé avec le programme de contrôle des charges développé.

Entre 2008 et 2012, la coopérative des Fermes de Figeac a installé un parc photovoltaïque mutualisé dispersé sur une centaine de toitures. Ce projet visait à capter l’opportunité des tarifs d’achat lorsqu’ils étaient à leur plus haut niveau, mais également à la mutualiser et à la territorialiser. Pour analyser la constitution d’une capacité entrepreneuriale et financière adaptée au tarif, mais capable de le transformer, cet article se penche sur l’articulation entre investissement, mutualisation et territoire telle qu’articulée et mise en oeuvre dans le modèle d’affaires du projet., From 2008 to 2012, the rural cooperative “Fermes de Figeac”, situated in the Southwest of France, carried out a mutualised photovoltaic project that consisted in the installation of photovoltaic systems on about a hundred rooftops. The aim of this project was not only to seize the opportunity provided by feed-in tariffs when they were at their highest level, but also to do so in a mutualized, territorial way. In order to analyse the constitution of an entrepreneurial and financial capacity that is both adapted to the frame of feed-in tariffs and able to transform it, this article looks at the articulation of financial investment, mutualisation and territory as it is performed in the project business model and in its realization.

Silicon solar cells remain the driving technology and dominate the photovoltaics market. Hydrogenated amorphous silicon/crystalline silicon (a-Si:H/c-Si) heterojunction cells achieve the best efficiency in silicon cells to date (25.6%). A great part of this achievement is assigned to the improvement of the passivation of the emitter/absorber interface. In that regard, luminescence techniques whether Photoluminescence (PL) or Modulated photoluminescence (MPL), are particularly appropriate to investigate surface defects and effective carrier lifetime.In this work, we developed a PL/MPL setup coupled to a helium cooled cryostat to the study of a-Si:H/c-Si heterojunctions. Considering the modulated nature of the MPL, we introduced the concept of steady state lifetime and differential lifetime. Through simulations, we analyzed different types of recombination mechanisms and found that the differential lifetime is lower than the steady state lifetime. We also benchmarked the lifetime determined by photoconductance decay measurements and the MPL lifetime and demonstrated that they are actually equal.We have analyzed various samples of a-Si:H/c-Si heterojunctions from multiple sources, particularly within the framework of the European project HERCULES (High Efficiency Rear Contact solar cells and Ultra powerful moduLES). The samples are composed of various doping and passivation layers such as AlOx, a-Si:H and a-SiC:H fabricated on high quality (n)c-Si wafers. The temperature dependent measurements show that the excess carrier lifetime decreases when temperature decreases, which is explained by the Shockley-Read-Hall recombination model at the heterojunction interface. The combination of PL and MPL measurements have enabled us to determine the radiative recombination coefficient in crystal silicon as a function of temperature. Our measurements have extended the original data to 20 K. We propose a fifth order polynomial of the radiative recombination coefficient as a function of temperature in the range of 20 to 300 K and it agrees very well to others’ work.We also investigated the possibility to extend the system to carry out PL and MPL mapping in order to extract the cell homogeneity and the lifetime distribution across the sample. We found that the optical property of sample has a significant impact on the PL mapping and could lead to incorrect conclusion with respect to the homogeneity. However the lifetime mapping from MPL produces imaging that is less prone to variation of optical properties.At last, we utilized the temperature dependent micro PL to investigate the coupling of InAs quantum dot chains (QDC) stacks grown on InGaAs cross hatch patterns separated with a 10 nm GaAs layer. The PL spectra are dominated by the top-most stack, indicating that the QDC layers are nominally uncoupled. However, under the high excitation power densities achievable with the micro PL system, when the high-energy peaks of the top stack are saturated, low-energy PL peaks from the bottom stacks emerge as a result of the carrier transfer across the GaAs spacers. These unique PL signatures contrast with the state-filling effects in conventional, coupled QD stacks and serve as a means to quickly assess the presence of electronic coupling in stacks of dissimilar-sized nanostructures., Dans ce travail, nous avons appliqué des techniques de photoluminescence en régime stationnaire (PL) et photoluminescence en régime modulé (MPL) à l'étude d'hétérojonctions formées entre du silicium cristallin (c-Si) et du silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Plus précisément, nous avons comparé des échantillons constitués de dépôts de (n)a-Si:H, (i)a-Si:H, (n)a-Si:H/(i)a-Si:H, et (p)a-Si:H/(i)a-Si:H sur des wafers de (n) c-Si de haute qualité électronique. Les mesures en fonction de la température montrent que la durée de vie des porteurs en excès diminue lorsque la température diminue, ce qui peut être qualitativement reproduit par la simulation dans un mécanisme de recombinaison de type Shokley-Read-Hall (SRH) en tenant compte du niveau d’énergie du dopant (phosphore) dans le substrat et de niveaux peu profonds électroniquement actifs à l'interface.Nous avons également étudié des échantillons dopés par implantation d'ions puis passivés par AlOx, a-Si:H et SiC. Des signatures de dislocations sont révélées à basse température par des pics supplémentaires de PL.Nous avons également comparé les résultats de cartographies de PL et de durée de vie obtenues par l'analyse de l'amplitude de MPL, et par l'analyse de son déphasage. Il est constaté que les propriétés optiques des échantillons ont un grand impact sur la cartographie PL, ce qui pourrait conduire à une conclusion erronée sur leur homogénéité. En revanche, les cartographies de durée de vie sont moins sujettes à des variations de paramètres optiques et au bruit provenant du processus de mesure, phénomènes qui ne sont pas intrinsèques à l'échantillon étudié.La nature différentielle de la mesure MPL est étudiée. Nous démontrons la notion de durée de vie à l'état stationnaire et de durée de vie différentielle. Nous analysons différents types de recombinaisons avec la durée de vie MPL et avons mis en œuvre des simulations des hétérojonctions a-Si:H/c-Si. Nous constatons que dans le domaine d'excitation intéressant pour le photovoltaïque, la durée de vie différentielle est souvent inférieure à la durée de vie à l'état stationnaire. Nous faisons aussi des comparaisons entre les durées de vie obtenues par mesures dites QSSPC et MPL et montrons qu'elles sont en fait égales.La combinaison des techniques de PL et de MPL nous a permis d'étudier le coefficient de recombinaison radiative en fonction de la température. Les résultats publiés jusqu'ici dans la littérature couvrent la plage de température de 300 K à 90 K. Dans cette plage, nos résultats sont en très bon accord avec ces résultats publiés précédemment. Mais, grâce à notre système de mesure et à la combinaison PL/MPL, nous avons obtenu des valeurs de ce coefficient jusqu’à 20 K et nous avons pu proposer une fonction polynômiale du cinquième degré qui permet de bien reproduire les variations en fonction de la température sur toute la plage de 20 K à 300 K.Dans une dernière partie de la thèse, les propriétés de transport de porteurs et l'effet de couplages sont étudiés dans des empilements de quantum dots. Nous avons examiné les quantum dots de InAs qui croissent de manière ordonnée en formant des chaînes à partir d'une couche tampon en InGaAs (couche dite de "cross hatch pattern"). Nous avons caractérisé par PL des monocouches ainsi que des multicouches empilées de chaînes de quantum dots. L'effet de couplage entre dots dans le plan est observé sur des échantillons de monocouches, et nous remarquons une inhibition du couplage vertical entre couches qui est expliqué par l'effet du champ de déformation de la couche de cross hatch pattern.

This thesis addresses the issue of intermittent primary energy source in several developing countries and considers, in particular, the case study of Lebanon. A PV-battery backup system is proposed and assessed as a replacement of the grid energy during daily power outage periods for a high energy consuming residential house. The proposed system topology introduces more critical conditions and additional constraints on the operation of the system compared to standard on-grid or standalone PV systems. The main concern is to provide permanent electricity supply to the house, reduce the resulting fees, and ensure high performance and reliability of the backup system while respecting the residents’ comfort levels. This thesis aims at thoroughly assessing the suitability of the proposed backup system by focusing on various aspects of the system. First, its configuration is optimized through the development of a detailed economic study estimating the resulting fees over its 20-year lifetime. The sizing process is formulated as an optimization problem having the sole objective of minimizing the overall cost of the system. Furthermore, a detailed comparative study of various water heating techniques is conducted to the end of determining the most suitable configuration to be coupled with the proposed backup solution. Second, the thesis targets the operation optimization of the PV-battery system by implementing a Demand Side Management (DSM) program aiming at preventing the occurrence of loss of power supply to the house while maintaining high comfort levels to the inhabitants and respecting the operation constraints of the system. The control is divided into several layers in order to manage predictable and unpredictable home appliances. The strength of the developed control lies in ensuring the complete coordination between all the components of the installation: the grid, PV panels, battery storage, and the load demand. The benefits of the DSM are proven to go beyond the operation optimization of the system since they highly affect the sizing of the backup, and by extension, the overall resulting cost. The established program is optimized for the hardware implementation process by ensuring a low memory consumption and fast decision making. The developed C codes of the full DSM program are implemented on ARM Cortex-A9 processors. The simulation and implementation results show that the developed management program is highly generic, flexible, accurate, fast, and reliable.The results presented in this thesis validate that the proposed PV-Battery backup system is highly suitable to assist unreliable grids. It outperforms currently installed Diesel Generators and demonstrates a remarkable reliability especially when coupled with the developed DSM program., Le travail effectué dans cette thèse propose et évalue une solution au problème de coupure fréquente du courant électrique fourni par le réseau publique défaillant dans plusieurs pays en voie de développement. La solution consiste à installer un système de panneaux Photovoltaïques (PV) avec des batteries de stockage opérant conjointement avec le réseau. L’étude traite particu- lièrement le cas Libanais et considère une application résidentielle à consommation d’énergie élevée. La topologie du système proposé introduit des contraintes supplémentaires au fonction- nement de l’ensemble par rapport aux deux configurations classiques traitées dans la littérature, à savoir accrochage au réseau ou système autonome. L’étude vise principalement à maintenir une alimentation permanente en électricité du foyer ainsi qu’à réduire les frais du système installé tout en respectant les niveaux de confort exigés par les résidents. L’étude traite l’optimisation du système PV-Batteries, en partant du dimensionnement jusqu’au fonctionnement. Tout d’abord, sa configuration est optimisée en se basant sur une étude économique détaillée pour l’estimation des frais considérant une durée de vie de 20 ans. Le dimensionnement est formulé comme un problème d’optimisation visant la réduction du coût global du système. L’optimisation du fonctionnement du système PV-batterie vient en second lieu. Un algorithme de contrôle de charges est élaboré. Cet algorithme sert à éviter la coupure du courant électrique tout en mainte- nant des niveaux élevés de confort des habitants d’une part et en respectant les contraintes de fonctionnement du système d’autre part. La gestion des charges s’effectue à plusieurs niveaux, afin de gérer les charges prévisibles et imprévisibles. La commande développée assure la coordi- nation complète entre tous les composants de l’installation : réseau, panneaux PV, batteries de stockage et charges électriques. L’étude prouve que le contrôle des charges conçu ne se limite pas à l’optimisation du fonctionnement du système, mais contribue de même à la réduction de son coût global. Le logiciel établi est optimisé de sorte à assurer une faible consommation de mémoire et une prise de décision rapide afin de réaliser l’implémentation des codes sur des processeurs de type ARM Cortex-A9. Les résultats de simulation et d’implémentation montrent que le programme développé est générique, flexible, précis, rapide et fiable.Les résultats présentés dans cette thèse attestent que le système PV-batterie proposé est bien approprié pour remplacer le réseau public pendant les périodes de coupure du courant électrique dans une application résidentielle. De plus, ce système présente une bonne fiabilité surtout lorsqu’il est couplé avec le programme de contrôle des charges développé.

Actuellement le transport et le stockage d'énergie est un défi de taille qui nécessite plus d'attention afin d'aider à réduire la dépendance énergétique des pays et à préserver l'environnement.La modélisation et l'optimisation des réseaux électriques en intégrant les moyens de production aléatoires tels que les fermes éoliennes et photovoltaïques est un sujet d'actualité qui peut maximiser le profit de fonctionnement du réseau tout en respectant les contraintes imposées, augmenter l'efficacité, prédire et informer sur l'impact des énergies renouvelables sur les réseaux ce qui peut aider à anticiper les problèmes liés au développement future de ces énergies et rechercher des solutions appropriées. Dans cet article, notre travail consiste à faire une étude d`impact de l`intégration des énergies renouvelables dans le réseau électrique ainsi que l`optimisation et la modélisation de la consommation, le transport et le stockage de l'énergie électrique. La première partie de l'article montre l'intérêt de l'intégration des énergies renouvelables sur le réseau électrique et aussi qu` un état d'art sur les modèles mathématiques.La deuxième partie une étude comparative entre quelques modèles mathématiques utilisées pour l`intégration des énergies renouvelables dans le réseau électrique .Nous terminons le travail par une conclusion et des perspectives.

We have synthesized different π-conjugated system-fullerene dyads for photovoltaic applications, where the donor units were either oligophenylenevinylene (OPV) or oligophenyleneethynylene (OPE) derivatives and for the acceptor, C60 or Y3N@C80 was used. There was an additional requirement for our materials: liquid crystallinity. All the donor units contained a mesogenic promoter in order to induce mesomorphism in the D-A dyad and to control the morphology of the prepared film through supramolecular organization. Apart from that, we investigated the effect of the chemical nature of the donor moiety (ie. lyophilic or amphiphilic), the oligomeric length and multiaddition on the photophysical properties and on the self-assembly. We have synthesized an OPE-Y3N@C80 dyad which is the first trimetallic nitride template endohedral metallofullerene derivative with mesomorphic and photoactive properties.; Nous avons synthétisé différentes dyades donneurs-accepteurs (D-A) π-conjuguées à base de fullerène pour des applications photovoltaïques dans lesquelles les unités D étaient soit des oligophenylenevinylenes (OPV) soit des oligophenyleneethynylene (OPE) et les unités A étaient le C60 ou un endofullerène du type Y3N@C80. Il y avait une exigence supplémentaire pour nos matériaux, à savoir qu’ils devaient s’auto-organiser en phases liquides-cristallines. Pour ce faire, toutes les unités D contenaient un promoteur mésogène afin d'induire le mésomorphisme de la dyade D- et donc de contrôler la morphologie des couches minces nécessaires à l’élaboraiton des cellules photovoltaïques grâce à une organisation supramoléculaire. En dehors de cela, nous avons étudié l’influence de la nature chimique du donneur (par exemple lyophile ou amphiphile), de la longueur des oligomères et de la multiaddition sur les propriétés photophysiques et sur l'auto-assemblage. Nous avons synthétisé une dyade OPE-Y3N@C80 qui est le premier dérive mésomorphe et photosensible de ce type de métallofullerène endohédral.

Quantum confined silicon, in the form of silicon quantum dots of diameters 5 nm or less, has the property of bandgap control and light emission. This bandgap engineering gives silicon quantum dots applications in novel photovoltaic devices, while maintaining compatibility with existing silicon technologies. These dots can help reduce lattice thermalisation losses in a single-junction solar cell. This work focusses on the large scale fabrication of silicon quantum dots in SiO2 using Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD), followed by high-temperature annealing. Thick single layers are compared with multilayers for morphological, electrical and optical properties. Devices with these layers are compared with different electrode materials. Film thickness dependent organization of dots is observed in thick single layer structures which demonstrate improved electrical conductivity, but poor optical response. Multilayer films demonstrate augmented and controlled Si bandgaps and improved absorption in the blue-green visible range, accompanied by poor electrical conductivity. The improved optical properties are a promising sign for any potential photovoltaic integration., Le confinement quantique dans le silicium, sous forme de boîtes quantiques de silicium de diamètre 5 nm, permet de contrôler le bandgap et donc l'émission de lumière. Cette ingénierie du bandgap des nanocristaux de silicium est utile pour les applications photovoltaïques avancées et présente l'avantage de conserver la compatibilité avec les technologies silicium existantes. Ces boîtes quantiques peuvent aider à réduire les pertes par thermalisation dans une cellule solaire homo-jonction. Ce travail se concentre sur la fabrication à grande échelle des nanocristaux de silicium dans SiO2 en utilisant le Dépôt Chimique en Phase Vapeur assisté par Plasma (PECVD), suivi d'un recuit à haute température. Des monocouches sont comparées avec des multicouches pour les propriétés morphologiques, électriques et optiques et des dispositifs avec ces différents couches sont comparés. Dans le cas d'une structure monocouche, l'épaisseur de la couche contrôle l'organisation des nanocristaux et permet de mettre en évidence l'amélioration de la conductivité électrique, avec cependant une réponse optique faible. Les multicouches montrent un bandgap du Si augmentée et controlee, avec une meilleure absorption dans la gamme bleu-vert visible, accompagnée d'une conductivité électrique faible. L'amélioration de ces propriétés optiques est un signe prometteur pour une potentielle intégration photovoltaïque.

Les énergies et plus particulièrement les énergies renouvelables sont un des éléments clés du développement soutenable aujourd'hui en plein expansion. Cette problématique est encore plus sensible dans les régions insulaires. Le chapitre 17 de l'Agenda 21 (Conférence de Rio, 1992) stipule que les îles sont des cas particuliers à la fois d'un point de vue environnemental et de leur développement. Elles ont des problèmes spécifiques et sont extrêmement fragiles et vulnérables. Dans le contexte actuel du développement durable, l'énergie est la pierre angulaire de leur stratégie de planification. En milieu insulaire, les contraintes habituelles dans le domaine de l'énergie sont la distance aux réseaux principaux, la petite échelle, les difficultés de distribution et l'absence de grands marchés traditionnels. Ces contraintes sont en général contrebalancées par l'extrême abondance des sources renouvelables d'énergie et l'incroyable adaptabilité et capacité d'intégration des technologies d'énergies renouvelables. Des facteurs qui tranchent avec l'inefficacité et le coût élevé des systèmes à énergie conventionnelle dans ces régions insulaires. En fait, nous pourrions dire que les îles doivent devenir de véritables laboratoires pour l'avenir des énergies " durables " Dans le document final rédigé à la fin de la première conférence sur le développement durable des îles (Minorca, 1997), nous pouvons lire : " les sources d'énergie non-renouvelables doivent être considérées comme des solutions provisoires, non souhaitables comme solution à long terme au problème énergétique des îles. ". C'est dans ce contexte que s'inscrivent les activités de recherches que nous avons réalisées depuis notre recrutement sur un poste de Maitre de Conférences en Septembre 1996, à l'Université de Corse. Elles concernent, en grande partie, l'intégration des sources renouvelables (solaire photovoltaïque et éolien) dans les réseaux électriques insulaires, avec comme champ d'application, la Corse. La démarche développée consiste à étudier le système énergétique globalement : en effet, un système solaire ou éolien n'est pas seulement tributaire de sa fiabilité technique et des performances individuelles de ses composants, il dépend de l'agencement des différents composants, de la stratégie de fonctionnement des divers sous-systèmes et de son dimensionnement. De plus, il est dépendant, par nature, des rythmes et aléas de son approvisionnement en énergie. Nous avons donc mis en œuvre une méthodologie globale du système prenant en compte tous les particularismes liés à l'utilisation des sources renouvelables d'énergie. La problématique générale posée par les systèmes utilisant une source renouvelable d'énergie d'origine phénomène (vent, soleil) est la suivante : comment utiliser au mieux un flux énergétique (éclairement solaire, vitesse de vent) fortement dépendant du temps et de l'espace pour répondre à une demande énergétique présente généralement sous une autre forme, elle aussi aléatoire dans le temps ? La particularité des chaînes de conversion solaire ou éolienne, comme celle de tout système à intrant énergétique d'origine phénomène provient du caractère aléatoire de la source du fait des variations météorologiques non prévisibles. Ainsi, même pour un système parfaitement connu d'un point de vue mathématique et technique, certaines grandeurs telles que rendement, efficacité ou productivité restent liées aux fluctuations spatio-temporelles de la source mais également de la charge. C'est donc pour cette raison que la connaissance et la caractérisation de la source énergétique doivent être étudiées de manière très précise. L'extrant énergétique (la consommation) est lié quant à lui aux besoins de l'utilisateur et/ou aux caractéristiques du réseau de distribution d'énergie. C'est pour cette raison, que la première partie de mes travaux se concentre sur la connaissance et la caractérisation de la source énergétique qu'elle soit solaire ou éolienne. Ainsi, nos principales activités de recherches portent sur : - l'étude des ressources énergétiques : absolument nécessaire pour les raisons exposées précédemment : étude statistique, développement de corrélation et de modèle, interprétation physique des phénomènes. - la production d'énergie à grande échelle à partir de sources renouvelables : très souvent, il s'agit de systèmes directement connectés au réseau de distribution. Cette production pose des problèmes du fait de sa forte variabilité qui perturbe le fonctionnement du réseau de distribution. Il faut donc étudier les interactions dynamiques inévitables entre l'offre et la demande, et analyser l'intervention de plusieurs facteurs tels que : centralisation ou distribution des systèmes de production, stockage d'énergie, taille du réseau, .... pour préserver la stabilité du réseau au fur et à mesure de l'augmentation de la capacité installée. - les systèmes de production multisources (appelés hybrides) : il s'agit de systèmes d'approvisionnement en électricité, la plupart du temps pour l'alimentation des sites isolés (mais dont l'application en mode connexion réseau électrique est également envisagée) couplant divers types de productions telles que éolienne, photovoltaïque et autres. Ils permettent une fourniture d'électricité plus fiable et moins coûteuse. Devant la complexité de ces systèmes, il convient de développer des méthodes de dimensionnement intégrant une optimisation de la gestion de l'énergie et une étude de coût optimal de production. Nous contribuons également aux activités de recherches portés par les membres de l'équipe. Elles concernent plusieurs domaine comme : - le diagnostic des systèmes de production [6.7.2.5 ; 6.7.2.10] : étant donnés la complexité des systèmes et le nombre important des paramètres qui entrent dans leur fonctionnement, un automaticien a rejoint notre équipe et développe des méthodologies de diagnostic des systèmes complexes qu'il applique à nos systèmes. - le développement de capteurs solaires innovants [6.7.1.3 ; 6.7.1.17 ; 6.7.1.19 ; 6.7.12.. 6.7.2.1. ; 6.7.2.2 ; 6.7.2.3. ; 6.7.2.8. ; 6.7.2.11. ; 6.7.2.17 ; 6.7.2.35 ; 6.7.2.36] (thermique et/ou photovoltaïque) : dans ce domaine, l'équipe a développé un capteur à air autonome, un capteur solaire en matériau composite et travaille actuellement sur un volet solaire à haute intégration dans l'habitat et sur un capteur hybride de production simultanée de chaleur et d'électricité. Dans un premier temps, nous présenterons donc les travaux relatifs à l'estimation et à l'analyse de la ressource énergétique que sont le rayonnement solaire et les vitesses de vent. Cette partie est un élément clé de l'analyse du comportement, de l'optimisation des systèmes de production d'énergie à sources renouvelables d'énergie. Il est en effet indispensable de mettre en place des caractérisations stochastiques du fait même de l'aspect aléatoire et non déterministe de cette ressource. La deuxième partie traite de la problématique de la connexion de systèmes énergétiques sur le réseau électrique insulaire, et les outils que nous avons mis en place afin d'analyser l'opportunité de l'intégration de fermes éoliennes ou de systèmes photovoltaïques sur les réseaux électriques, et plus particulièrement ceux non-interconnectés comme les réseaux insulaires. Cette thématique, nous a naturellement amené à étudier le couplage à d'autres sources d'énergie (et/ou de stockage) afin de réduire l'influence de l'aspect intermittent et non contrôlable de ces sources d'énergie. Le but des travaux entrepris sur ces systèmes n'est pas de rendre compte de l'évolution précise des paramètres entrant dans son fonctionnement tels que la tension, l'intensité, mais à partir de variables purement énergétiques (et non électriques) de dimensionner les différents sous-systèmes et de choisir la meilleure stratégie de fonctionnement pour chaque sous-système. Dans ce cadre, la modélisation physique globale utilisée permet de décrire le comportement de chaque sous système, puis on adjoint une étude de coût de production pour finaliser l'optimisation

Les énergies et plus particulièrement les énergies renouvelables sont un des éléments clés du développement soutenable aujourd'hui en plein expansion. Cette problématique est encore plus sensible dans les régions insulaires. Le chapitre 17 de l'Agenda 21 (Conférence de Rio, 1992) stipule que les îles sont des cas particuliers à la fois d'un point de vue environnemental et de leur développement. Elles ont des problèmes spécifiques et sont extrêmement fragiles et vulnérables. Dans le contexte actuel du développement durable, l'énergie est la pierre angulaire de leur stratégie de planification. En milieu insulaire, les contraintes habituelles dans le domaine de l'énergie sont la distance aux réseaux principaux, la petite échelle, les difficultés de distribution et l'absence de grands marchés traditionnels. Ces contraintes sont en général contrebalancées par l'extrême abondance des sources renouvelables d'énergie et l'incroyable adaptabilité et capacité d'intégration des technologies d'énergies renouvelables. Des facteurs qui tranchent avec l'inefficacité et le coût élevé des systèmes à énergie conventionnelle dans ces régions insulaires. En fait, nous pourrions dire que les îles doivent devenir de véritables laboratoires pour l'avenir des énergies " durables " Dans le document final rédigé à la fin de la première conférence sur le développement durable des îles (Minorca, 1997), nous pouvons lire : " les sources d'énergie non-renouvelables doivent être considérées comme des solutions provisoires, non souhaitables comme solution à long terme au problème énergétique des îles. ". C'est dans ce contexte que s'inscrivent les activités de recherches que nous avons réalisées depuis notre recrutement sur un poste de Maitre de Conférences en Septembre 1996, à l'Université de Corse. Elles concernent, en grande partie, l'intégration des sources renouvelables (solaire photovoltaïque et éolien) dans les réseaux électriques insulaires, avec comme champ d'application, la Corse. La démarche développée consiste à étudier le système énergétique globalement : en effet, un système solaire ou éolien n'est pas seulement tributaire de sa fiabilité technique et des performances individuelles de ses composants, il dépend de l'agencement des différents composants, de la stratégie de fonctionnement des divers sous-systèmes et de son dimensionnement. De plus, il est dépendant, par nature, des rythmes et aléas de son approvisionnement en énergie. Nous avons donc mis en œuvre une méthodologie globale du système prenant en compte tous les particularismes liés à l'utilisation des sources renouvelables d'énergie. La problématique générale posée par les systèmes utilisant une source renouvelable d'énergie d'origine phénomène (vent, soleil) est la suivante : comment utiliser au mieux un flux énergétique (éclairement solaire, vitesse de vent) fortement dépendant du temps et de l'espace pour répondre à une demande énergétique présente généralement sous une autre forme, elle aussi aléatoire dans le temps ? La particularité des chaînes de conversion solaire ou éolienne, comme celle de tout système à intrant énergétique d'origine phénomène provient du caractère aléatoire de la source du fait des variations météorologiques non prévisibles. Ainsi, même pour un système parfaitement connu d'un point de vue mathématique et technique, certaines grandeurs telles que rendement, efficacité ou productivité restent liées aux fluctuations spatio-temporelles de la source mais également de la charge. C'est donc pour cette raison que la connaissance et la caractérisation de la source énergétique doivent être étudiées de manière très précise. L'extrant énergétique (la consommation) est lié quant à lui aux besoins de l'utilisateur et/ou aux caractéristiques du réseau de distribution d'énergie. C'est pour cette raison, que la première partie de mes travaux se concentre sur la connaissance et la caractérisation de la source énergétique qu'elle soit solaire ou éolienne. Ainsi, nos principales activités de recherches portent sur : - l'étude des ressources énergétiques : absolument nécessaire pour les raisons exposées précédemment : étude statistique, développement de corrélation et de modèle, interprétation physique des phénomènes. - la production d'énergie à grande échelle à partir de sources renouvelables : très souvent, il s'agit de systèmes directement connectés au réseau de distribution. Cette production pose des problèmes du fait de sa forte variabilité qui perturbe le fonctionnement du réseau de distribution. Il faut donc étudier les interactions dynamiques inévitables entre l'offre et la demande, et analyser l'intervention de plusieurs facteurs tels que : centralisation ou distribution des systèmes de production, stockage d'énergie, taille du réseau, .... pour préserver la stabilité du réseau au fur et à mesure de l'augmentation de la capacité installée. - les systèmes de production multisources (appelés hybrides) : il s'agit de systèmes d'approvisionnement en électricité, la plupart du temps pour l'alimentation des sites isolés (mais dont l'application en mode connexion réseau électrique est également envisagée) couplant divers types de productions telles que éolienne, photovoltaïque et autres. Ils permettent une fourniture d'électricité plus fiable et moins coûteuse. Devant la complexité de ces systèmes, il convient de développer des méthodes de dimensionnement intégrant une optimisation de la gestion de l'énergie et une étude de coût optimal de production. Nous contribuons également aux activités de recherches portés par les membres de l'équipe. Elles concernent plusieurs domaine comme : - le diagnostic des systèmes de production [6.7.2.5 ; 6.7.2.10] : étant donnés la complexité des systèmes et le nombre important des paramètres qui entrent dans leur fonctionnement, un automaticien a rejoint notre équipe et développe des méthodologies de diagnostic des systèmes complexes qu'il applique à nos systèmes. - le développement de capteurs solaires innovants [6.7.1.3 ; 6.7.1.17 ; 6.7.1.19 ; 6.7.12.. 6.7.2.1. ; 6.7.2.2 ; 6.7.2.3. ; 6.7.2.8. ; 6.7.2.11. ; 6.7.2.17 ; 6.7.2.35 ; 6.7.2.36] (thermique et/ou photovoltaïque) : dans ce domaine, l'équipe a développé un capteur à air autonome, un capteur solaire en matériau composite et travaille actuellement sur un volet solaire à haute intégration dans l'habitat et sur un capteur hybride de production simultanée de chaleur et d'électricité. Dans un premier temps, nous présenterons donc les travaux relatifs à l'estimation et à l'analyse de la ressource énergétique que sont le rayonnement solaire et les vitesses de vent. Cette partie est un élément clé de l'analyse du comportement, de l'optimisation des systèmes de production d'énergie à sources renouvelables d'énergie. Il est en effet indispensable de mettre en place des caractérisations stochastiques du fait même de l'aspect aléatoire et non déterministe de cette ressource. La deuxième partie traite de la problématique de la connexion de systèmes énergétiques sur le réseau électrique insulaire, et les outils que nous avons mis en place afin d'analyser l'opportunité de l'intégration de fermes éoliennes ou de systèmes photovoltaïques sur les réseaux électriques, et plus particulièrement ceux non-interconnectés comme les réseaux insulaires. Cette thématique, nous a naturellement amené à étudier le couplage à d'autres sources d'énergie (et/ou de stockage) afin de réduire l'influence de l'aspect intermittent et non contrôlable de ces sources d'énergie. Le but des travaux entrepris sur ces systèmes n'est pas de rendre compte de l'évolution précise des paramètres entrant dans son fonctionnement tels que la tension, l'intensité, mais à partir de variables purement énergétiques (et non électriques) de dimensionner les différents sous-systèmes et de choisir la meilleure stratégie de fonctionnement pour chaque sous-système. Dans ce cadre, la modélisation physique globale utilisée permet de décrire le comportement de chaque sous système, puis on adjoint une étude de coût de production pour finaliser l'optimisation

Il s'agit d'une 2ème thèse. Voir aussi la première : Contribution à l'étude des surtensions de manœuvre sur les lignes à très haute tension.http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00282781/fr/

It has been increasingly aware to the world today that reserves of fossil fuels are limited and their use has serious environmental side effects. Encouraged by this realization was the evolution of the use of cleaner alternative energy, among which Dye-sensitized solar cells (DSCs) are potentially attractive candidates for the lower cost of producing devices which convert an abundant amount of energy from the sun into electricity. Dye-sensitizer in DSCs plays a crucial role as the chlorophyll in plants; to harvest solar light and transfer the energy via electron transfer to a suitable material (TiO2 in this case) to produce electricity. The topic of interest for this thesis is to further enhance the photovoltaic performance and the robustness of DSCs by tuning the optical properties of the dye-sensitizer (Ruthenium complex, in this case) using several strategies including an extension of the π-conjugation system, an introduction of antenna molecules and a modification of the Ru-complex structure. This work focuses on the DSC device fabrication and photovoltaic characterization in order to investigate more insight into structure-property-device performance relationship. New benchmarks for high performance DSCs with ruthenium complex sensitizers with π-extension in their ancillary ligands were presented. The overall conversion efficiency of 9.6% and 8.5% have been achieved with Ru-based sensitizer containing ethylenedioxythiophene, using low-volatile electrolyte and solvent-free electrolyte, respectively. The Rusensitizer functionalized with hexylthio-bithiophene unit exhibited a conversion efficiency of 9.4% with low-volatile electrolyte. All these devices showed good stability under prolonged light soaking at 60 °C. Extending π-conjugation of the anchoring ligand with thiophene units in monoleptic Ru-sensitizer also yields an impressive conversion efficiency of 6.1% using 3-µm-thin mesoporous TiO2 film in corporate with low-volatile electrolyte. DSC devices based on ruthenium sensitizers functionalized with thienothiophene- and EDOT-conjugated bridge, together with carbazole moiety on the ancillary ligands were found efficient with conversion efficiencies of 9.4% and 9.6%, respectively, in presence of a volatile electrolyte. The carbazole-functionalized ruthenium-based DCSs also performed excellently in the stability test using a low-volatile electrolyte. Furthermore, the Ru-complexes synthesized by click-chemistry in association with triazole-derivative moieties were successfully used as DCS sensitizers. DSC devices sensitized with these dyes provided the overall conversion efficiency close to 10% with volatile electrolyte. Further studies with solvent-free electrolyte showed notable device stability under extending full sunlight intensity at 60 °C. The results presented here provide a fertile base for further investigation, which will focus on improving the spectral response of ruthenium dye-sensitizer to full sunlight by searching for new strategies to modify the sensitizer with more efficient functional groups. The target is to reach higher conversion efficiency of DSC devices while retaining their stability under standard reporting conditions.