Thèse CEMEF 2018 : Modélisation Thermomécanique des procédés de fabrication de modules photovoltaïques.

Description de l'offre

Contexte et enjeux :
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.

Présentation détaillée :
Le travail de recherche visant à résoudre ces problèmes comportera les étapes suivantes :
- Modéliser les phénomènes thermomécaniques subis par un module lors de sa fabrication, qui vont induire des contraintes résiduelles au sein du module ;
- Déterminer les impacts des phénomènes thermomécaniques sur les performances des modules et le niveau de contraintes résiduelles ;
- 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.

Candidatures en ligne uniquement sur : http://www.recruitment.cemef.mines-paristech.fr/phd/form1.php

Profil recherché

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.

À propos de Mines Paristech - Cemef

Leader mondial dans le domaine des matériaux, des procédés et de leur modélisation, le CEMEF réalise une recherche partenariale avec l'industrie et forme des experts (doctorats et mastère spécialisé). Pluridisciplinaire, le CEMEF étudie tous les types de matériaux (métaux et alliages métalliques, polymères synthétiques et issus de la biomasse, composites, béton...) et de procédés industriels en s’intéressant aux différentes étapes de la vie du matériau : élaboration -> mise en forme -> traitements thermiques -> assemblage -> propriétés d'usage -> recyclage Elément majeur d’innovation, sa compréhension du comportement des matériaux aux différentes échelles, de l'interaction outil-matière, de l’impact des procédés sur les propriétés finales permet l’optimisation et le développement de procédés de fabrication de plus en plus complexes et contraints (technologie, énergie, environnement…). Il s’appuie sur des approches couplant techniques expérimentales et modélisations numériques Le CEMEF, c'est plus de 160 ingénieurs, chercheurs, étudiants, techniciens, animés par la même curiosité face à la complexité des phénomènes, la même envie de se dépasser pour agrandir le champ des connaissances, le même goût du défi scientifique. C’est un centre de recherche de MINES ParisTech, associé au CNRS.