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Thèse

Discontinuous Galerkin methods for the simulation of multiscale nanophotonic problems with application to light trapping in solar cells

Alexis Gobé 1
1 ATLANTIS - Modélisation et méthodes numériques pour le calcul d'interactions onde-matière nanostructurée
CRISAM - Inria Sophia Antipolis - Méditerranée , JAD - Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné
Résumé : L’objectif de cette thèse est l’étude numérique du piégeage de la lumière dans des cellules solaires nanostructurées. Le changement climatique est devenu une problématique majeure nécessitant une transition énergétique à court terme. Dans ce contexte, l'énergie solaire semble être une source énergétique idéale. Cette ressource est à la fois scalable à l’échelle planétaire et écologique. Afin de maximiser sa pénétration, des travaux visant à augmenter la quantité de lumière absorbée et à réduire les coûts liés à la conception des cellules sont nécessaires. Le piégeage de la lumière est une stratégie qui permet d’atteindre ces deux objectifs. Son principe consiste à utiliser des texturations nanométriques afin de focaliser la lumière dans les couches de semi-conducteur absorbantes. Dans ce travail, la méthode de Galerkine Discontinue en Domaine Temporel (DGTD) est introduite. Deux développements méthodologiques majeurs, permettant de mieux prendre en compte les caractéristiques des cellules solaires, sont présentés. Tout d'abord, l’utilisation d’un ordre d’approximation local est proposé , basé sur une stratégie de répartition particulière de l’ordre. Le deuxième développement est l’utilisation de maillage hybride mixant ses élements hexahédriques structurés et tétrahédriques non structurés. Des cas réalistes de cellules solaires issus de la littérature et de collaborations avec des physiciens du domaine du photovoltaïque permettent d'illustrer l' apport de ces développements. Un cas d’optimisation inverse de réseau de diffraction dans une cellule solaire est également présenté en couplant le solveur numérique avec un algorithme d’optimisation bayésienne. De plus, une étude approfondie des performances du solveur a également été réalisée avec des modifications méthodologiques pour contrer les problèmes de répartition de charge. Enfin, une méthode plus prospective, la méthode Multiéchelle Hybride-Mixte (MHM) spécialisée dans la résolution de problème très fortement multiéchelle est introduite. Un schéma en temps multiéchelle est présenté et sa stabilité prouvée.
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Contributeur : Abes Star :  Contact
Soumis le : jeudi 12 novembre 2020 - 08:26:12
Dernière modification le : jeudi 26 novembre 2020 - 16:49:07

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2020COAZ4011.pdf
Version validée par le jury (STAR)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03000583, version 1

Citation

Alexis Gobé. Discontinuous Galerkin methods for the simulation of multiscale nanophotonic problems with application to light trapping in solar cells. Mathematical Physics [math-ph]. Université Côte d'Azur, 2020. English. ⟨NNT : 2020COAZ4011⟩. ⟨tel-03000583⟩

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