1 - PRINCIPES DE LA CONVERSION THERMOPHOTOVOLTAÏQUE (TPV)

• 1.1 - Contexte et enjeux
  Figure 1 - Similitudes et différences entre la conversion solaire photovoltaïque et la conversion thermophotovoltaïque Figure 2 - Quelques dates marquantes de l’histoire du développement de la conversion thermophotovoltaïque
• 1.2 - Système de conversion thermophotovoltaïque
  Figure 3 - Éléments composant un système thermophotovoltaïque, les conversions successives et les pertes Figure 4 - Caractéristiques courant-tension et puissance-tension d’une cellule photovoltaïque Figure 5 - Fonction de transmission de puissance radiative entre l’émetteur et la cellule assurant une sélectivité spectrale idéale (haut) et puissance nette radiative monochromatique absorbée (bas) Figure 6 - Diagramme rendement–densité de puissance électrique d’un convertisseur thermophotovoltaïque sous éclairement d’un corps noir à 1 500 °C avec une cellule photovoltaïque opérant à 27 °C (~ 300 K) à la limite de Shockley-Queisser (d’après [4])

2 - SCIENCE ET INGÉNIERIE DE LA CONVERSION THERMOPHOTOVOLTAÏQUE

• 2.1 - Transferts radiatifs et défis en conversion TPV
  Figure 7 - Absorptances monochromatiques idéales d’une cellule TPV face à un émetteur corps noir de température 1 527 °C dans les cas de la puissance extraite maximale (violet) et de l’efficacité maximale (vert) Figure 8 - Émetteurs structurés Figure 9 - Cellules avec différents réflecteurs en face arrière et trajectoires possibles des photons convertibles (d’énergie supérieure à l’énergie de bandgap)
• 2.2 - Conversion photovoltaïque du rayonnement thermique
  Figure 10 - Représentation schématique du principe de la conversion photovoltaïque et exemples de réalisation de la séparation des charges Figure 11 - Recensement de la longueur d’onde (λg) ou de l’énergie (Eg) de bandgap de la cellule et de la température de l’émetteur (Tém) de convertisseurs thermophotovoltaïques dont les performances ont été mesurées en laboratoire Figure 12 - Température optimale de l’émetteur en fonction de l’énergie de la cellule, selon le choix d’optimiser le rendement au détriment de la puissance extraite ou d’optimiser la puissance extraite au détriment du rendement (d’après [4])
• 2.3 - Pertes thermiques
  Figure 13 - Diagramme illustrant les couplages entre transferts radiatifs, transport des charges électriques et les transferts thermiques, ainsi que trois stratégies de réduction des pertes thermiques

3 - APPLICATIONS ET TECHNOLOGIES ÉMERGENTES

• 3.1 - Sources de chaleur et applications dédiées
  Figure 14 - Comparaison de la densité de puissance espérée pour trois technologies solides de conversion chaleur-électricité : TPV, thermoélectrique (TE) et thermoïonique (TI) Figure 15 - Histogramme des potentiels de récupération de chaleur dans l’industrie européenne par gamme de température et secteur d’origine (d’après [14]) Figure 16 - Schéma de principe de la récupération d’énergie solaire par conversion thermophotovoltaïque
• 3.2 - Batterie thermophotovoltaïque
  Figure 17 - Représentation schématique d’une batterie thermophotovoltaïque
• 3.3 - Concepts émergents
  Figure 18 - La famille des concepts thermophotovoltaïques
• 3.4 - Situation actuelle et aspects environnementaux

4 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES