Thermal radiation at the nanoscale Near field and interference effects in few layer structures and on the electrical performances of thermophotovoltaic devices
Ce manuscrit traite du rayonnement thermique a l'echelle nanometrique et du controle de l'echange d'energie radiative entre deux corps, afin d'augmenter les performances de conversion energetique des systemes thermophotovoltaiques (TPV) Les bases du rayonnement thermique et de la conversion photovoltaique sont tout d'abord rappelees. Les flux rayonnes par des emetteurs multicouches supportant des phenomenes d'interference sont ensuite calcules numeriquement. Ces phenomenes permettent de controler le spectre d'emission et donc l'optimisation d'un emetteur selectif pour des applications TPV. Il s'avere important de prendre en compte l'evolution en temperature des proprietes optiques des materiaux constituant l'emetteur. Il est demontre que le controle des phenomenes d'interferences au sein des structures multicouches sur substrat metallique permet d'obtenir des emissivites spectrale et totale hemispherique 20 fois superieures a celles du substrat seul. Le chapitre suivant est dedie au rayonnement thermique en champ proche entre un emetteur semi infini et une couche mince. Cette configuration est proche d'un systeme TPV, ou l'emetteur semi infini peut etre assimile au corps rayonnant, et le film a une cellule PV. Different phenomenes sont analyses le comportement des resonances de polaritons de surface, l'absorption spatiale de la puissance radiative en champ proche et les phenomenes d'interferences dans le regime de transition champ proche champ lointain. Ces phenomenes peuvent etre mis a profit pour la conception de spectres optimises. Dans le dernier chapitre, les performances de systemes TPV en champ proche (TPV CP) sont simulees numeriquement a l'aide d'un code couple transport des charges rayonnement. Les modeles bases sur l'hypothese de faible injection utilises generalement pour simplifier le probleme du transport des charges electriques dans la cellule PV sont evalues en details. Differentes architectures de cellules permettant d'optimiser les performances du systeme sont presentees en conclusion. Ces travaux offrent un nouvel eclairage sur le rayonnement des structures multicouches et leur application a la conversion thermophotovoltaique.