Fine-Tuning of Multijunction Solar Cells: An In-Depth Evaluation

Multijunction (MJ) solar cells are currently seen as the most promising technology toward achieving incomparable solar to electricity conversion efficiency, largely surpassing the best conventional single-junction solar cells. It was recently shown that futuristic cell architectures encompassing increasing number of subcells will likely show increased sensitivity to the spectral distribution of sunlight, giving rise to dramatic variations in the energy output of MJ-based Photovoltaic (PV) systems from one location to the other. Here, we investigate the extent to which MJ cells fine-tuned to the spectral distribution of any particular site are likely to outperform conventionally designed solar cells (tailored to AM1.5 reference solar spectrum). We first tackle the question of the extent to which fine-tuning may improve the performance of MJ cells showing deviations in the values of the main atmospheric parameters, relative to the reference solar spectrum. We then evaluate the potential of fine-tuning in improving the energy output of MJ cell-based PV systems for several locations selected for being representative of the broad diversity of atmospheric and climatic conditions. We demonstrate that the improvement in the energy output one can expect from fine-tuned PV cells strongly depends on how the mean annual spectrum deviates from the reference AM1.5 solar spectrum, with values ranging from ≈0 to more than 30%, depending on the location and the cell architecture considered. Implications for future generations of MJ solar cells are finally discussed

Hybrid solar systems: a route to improved solar energy harvesting?

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Ultra-high solar concentration for ultra-efficient photovoltaics: 1,000 suns and beyond

National audiencePhotovoltaic conversion under high solar flux concentration (1000 suns and more) has been popular for many years, because of the prospects it offers in terms of solar-to-electric conversion efficiency, but also because of the lower cost of the electricity produced by these systems (the cell surface area required being considerably reduced compared with conventional PV systems). However, the interest aroused by very high solar concentrations a few years ago now seems to be fading, despite its proven theoretical interest.In this presentation, we will try to take a step back from this technology by reviewing the physical principles justifying the development of PV cells under ultra-high solar flux (UH-CPV), discuss the limiting mechanisms leading to a degradation of actual cell performance, and establish an overview of cell technologies likely to benefit from ultra-high solar concentrations. We will begin with a few reminders related to the theoretical motivations underlying the development of PV cells for ultra-high solar concentrations. The second part of this presentation will review the principal limiting mechanisms that are likely to impact the efficiency of UH-CPV cells in practice. We will then examine the various solutions that have been developed to address these limitations. Particular attention will be paid to the subject of resistive losses, which is one of the most significant limiting mechanisms under high solar flux concentration, and which has inspired a great deal of work aimed at reducing their amplitude.The final section of this presentation will provide a review of solar cell technologies compatible with ultra-high solar concentrations, recalling the physical principles underlying each of these technologies, discussing the role of ultra-high solar concentrations in their operation, and listing the scientific and technological challenges to be overcome for each of them

Conversion haut-rendement de l’énergie solaire concentrée: de la théorie à la pratique

Ce manuscrit synthétise les travaux de recherche effectués au cours des 12 années qui se sont écoulées depuis ma soutenance de thèse. Les technologies photovoltaïques ont subi d'importants bouleversements au cours de cette période: la filière photovoltaïque à concentration, qui a constitué le fil conducteur de mes travaux de recherche depuis douze ans, fait indéniablement partie des filières sur le déclin. Les motivations scientifiques sous-jacentes, ainsi que les raisons qui ont probablement conduit à un désintérèt progressif de la communauté solaire et de l'industrie pour cette technologie, sont discutées dans le deuxième chapitre. Par essence, les systèmes photovoltaïques à concentration sont exposés à des conditions opératoires extrêmes (en termes de température de fonctionnement, ou de densité de puissance lumineuse absorbée), et la compréhension des mécanismes limitant susceptibles de conduire a une dégradation de leur performances en conditions réelles de fonctionnement est donc primordiale. Cette thématique de recherche a fait l'objet de nombreux travaux qui sont détaillés dans le troisième chapitre de ce manuscrit. L'optimisation et l'adaptation des architectures de cellules solaires aux conditions extrêmes de fonctionnement caractéristiques des systèmes CPV sous très hautes concentrations a également fait l'objet de travaux de recherches, dont les principaux résultats sont présentés dans le quatrième chapitre. L'hybridation de systèmes PV ou CPV conventionnels avec des systèmes de conversion thermodynamiques de l'énergie solaire pourrait apporter une solution à l'absence de pilotabilité des technologies PV conventionnelles. L'étude des différents systèmes hybrides PV/CSP a constitué un axe de recherche important au cours des 5 dernières années, dont les principaux résultats sont discutés dans le chapitre 5. Le dernier chapitre est consacré aux thématiques de recherche qui seront développées dans les années à venir. Celles-ci s'articuleront essentiellement autour de 2 axes distincts, 1) La place de l'énergie solaire dans la transition énergétique 2) La concentration solaire comme moyen de caractérisation et de synthèse

Bacterial risk and transfusion : towards new preventive approaches

La prévention du risque infectieux représente un enjeu de sécurité majeur pour l'Etablissement Français du Sang. A l'heure actuelle, le risque bactérien constitue le risque infectieux majoritaire dans les pays développés. Le risque bactérien ne se limite pas au domaine de la transfusion. La résistance aux antibiotiques constitue un problème majeur de santé publique. Les peptides antimicrobiens sont des armes importantes de l'immunité innée qui représentent une alternative intéressante aux antibiotiques classiques. Chez l'Homme, les α-défensines 1, 2 et 3 (HNPs 1-3) sont présentes dans les granules azurophiles des polynucléaires neutrophiles. Nous avons développé un procédé innovant de purification des HNPs 1-3 à partir des filtres de déleucocytation utilisés lors de la préparation des produits sanguins labiles. Ce procédé permet la production d'un cocktail pur d'HNPs 1-3 dont l'activité antibactérienne a été démontrée dans ce travail. Les défensines HNPs 1-3 ont par ailleurs été utilisées comme élément biorécepteur dans une approche innovante de détection bactérienne. Dans un premier temps, un immunocapteur électrochimique a été développé exploitant des microparticules magnétiques fonctionnalisées par des anticorps commerciaux. Dans un second temps, nous avons fonctionnalisé des microparticules magnétiques par les défensines HNPs 1-3 purifiées par notre protocole. Nous avons obtenu une première preuve de concept attestant de la capture des bactéries par cette approche innovante. La stabilité des peptides, associée aux performances des biocapteurs électrochimiques permettrait d'élaborer un test générique de détection de bactéries dans les produits sanguins labiles.The prevention of the infectious risk is a major issue for the Etablissement Français du Sang. Currently, bacterial contamination is the most infectious risk in developed countries. The bacterial risk is not limited to blood transfusion safety. The antimicrobial resistance is a major public health problem. Antimicrobial peptides are important arm of the innate immune system which represents an interesting alternative to antibiotics. Human neutrophil peptides 1, 2 and 3 (HNPs 1-3) are found in the azurophilic granules of neutrophils. We have developed an original approach of HNPs 1-3 purification from leucodepletion filters used in blood processing. This process allows the production of a pure cocktail of HNPs 1-3 displaying high antibacterial activity as demonstrated by this work. HNPs 1-3 have also been used as bioreceptor in an innovative approach for bacterial detection. Initially, an electrochemical immunosensor was designed, exploiting magnetic microparticles coated with commercially available antibodies. In a second step, magnetic microparticles have been coated efficently with the HNPs 1-3 purified according our protocol. We have obtained a first proof of concept showing the bacterial capture by this innovative approach. The peptides stability combined with the electrochemical biosensors performances would allow the development of a generic bacteria detection assay in labile blood products

Assessment of high temperature hybrid CPV-CSP receiver and solar plant performances by numerical simulation

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