La présente étude traite l’application des rubans amorphes dans les transformateurs de distribution dans l’objectif de réduire les pertes dans le réseau d’électricité. Les matériaux utilisés sont un alliage à base de fer, silicium et bore. Les premières études sur ce matériau amorphe révèlent une très bonne compatibilité chimique de ces derniers avec les huiles de transformateur. Ces rubans possèdent des durées de vie entièrement conforme aux exigences d’ERDF. Les pertes à vide représentent un élément non négligeable dans l’efficacité énergétique des matériels. Un transformateur amorphe génère 2 fois moins de pertes pendant toute sa vie qu’un transformateur conventionnel C0Ck. D'un point de vue général, la technologie amorphe appliquée aux transformateurs de distribution publique présente un intérêt majeur pour la réduction des pertes à vide. L'investissement réalisé dans un matériel certes plus onéreux à l'origine se trouve rentabilisé grâce aux économies réalisées sur les pertes à vide. Le retour sur investissement est possible en 10 à 12 années environ mais reste très variable en fonction du prix d'achat négocié. La qualification des transformateurs amorphes nécessite que les matériels répondent aux exigences de la spécification d’ERDF comme le critère "Tenue aux courants de court-circuit" qui constitue une composante essentielle dans l'acceptation des transformateurs amorphes. La tenue aux efforts de court-circuit a historiquement été problématique sur les transformateurs triphasés à noyaux amorphes. Le noyau se cisaille pendant le court-circuit, libérant des particules métalliques préjudiciables à la tenue diélectrique de l'appareil. Depuis, les constructeurs ont fait des progrès dans la conception mais les matériels ne sont pas encore pleinement satisfaisants. La tenue aux courts-circuits est l’enjeu et le défi que doit franchir cette technologie pour s’implanter et être crédible en Europe. / This PhD deals with the application of amorphous ribbons in distribution transformer cores in order to reduce network losses. The material is an alloy from iron, boron and silicon compounds. The first results on the material reveal a good physicochemical compatibility with tested transformer dielectric fluids. It should be noted these materials possess a far longer life than the transformer itself. The potential for reducing losses from distribution transformers is considered as one element of EU and national strategies on energy efficiency. Losses generated through amorphous transformers are twice less than conventional ones. Amorphous ribbon units represent a significant new advance in transformer technology and losses reduction. The investment, put to purchase the product, can be easily gained by the capitalisation of losses. The return can be achieved in 10 to 12 years, depending on the purchase price. It is expected that a transformer will be subjected to a number of short-circuits during its service life, but sooner or later one such event will cause some slight winding movement, and the ability of the transformer to resist further short-circuits will then be severely reduced. Amorphous metal distribution transformers (AMDT) is no exception and they should be able to resist electrodynamic forces during short-circuit test and match ERDF specifications. In fact, during SC, extreme electrodynamic forces cause the windings to deform and this shape deformity creates a lot of shear stress on amorphous cores which lead to break-up of some ribbons. The active part of an amorphous transformer should be strong enough to resist these stresses. In fact, the behaviour of the core materials under short circuit currents depends especially on the know-how of manufacturers who can outline electrodynamic stress inside transformers. Concept design and processes have been improved in order to provide reliable devices but the task is not completely done yet. Short-circuit withstand is one of the most important aspects which will approve this technology.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008.

Techn. Hochsch., Diss., 2002--Aachen.

Techn. Hochsch., Diss., 2003--Aachen.

Th. doct.-ing.--Électronique--Grenoble--I.N.P., 1980. N°: DI 174.

Ce mémoire porte sur les propriétés anti-réflectives et de passivation électrique du nitrure de silicium déposé sur du silicium type n et p. Le nitrure de silicium est utilisé dans l'optique de la fabrication de cellules solaires à hétéro contacte a-Si : H/c-Si en tant que couche frontal. Des études comparatives seront faites avec l'oxyde de silicium et le silicium amorphe. Le nitrure de silicium est déposé par déposition chimique en phase gazeuse assistée par plasma (Plasma Enhanced Chemical Vapour Déposition, PECVD). Les modifications apportées par la variation de la quantité de gaz précurseurs (silane, ammoniac, di-azote) sur la composition ont été mesurées par analyses ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis). Les relations entre la composition de la couche et les propriétés optiques et de passivations électrique ont été mesurées (Spectroscopie Infra Rouge (FTIR), Spectrométrie Photoélectronique X (SPX), …) et simulées. L’évolution de l'épaisseur et de l'indice de réfraction fut mesurée par ellipsométrie, la réflexion, l'absorption et la transmission par spectroscopie. La passivation électrique induite par les couches de nitrure de silicium a été mesurée par TRMC (Time Resolved Microwaves Conductivity). Les meilleurs paramètres de dépositions ont été définis pour une passivation électrique optimal (vitesse de recombinaison de surface < 20 cm.s-1) et une réflexion minimal (0.03% pour l = 560 nm). La reproductibilité des dépositions ainsi que celle des propriétés des couches pour plusieurs paramètres de déposition a également été étudiée / This work studies Silicon nitride and its electrical passivation and anti-reflection properties on n-type and p-type mono crystalline silicon for its use as light entrance window of an inverted a-Si:H/c-Si heterocontact solar cell in the frame of the development of low cost, high efficiency solar cells. Comparative investigation on silicon dioxide and amorphous silicon coatings were performed. Silicon nitride is deposited by plasma enhanced chemical vapour deposition and was investigated by various measurement methods. The modifications induced by variation of the precursor gas mixture (silane, ammoniac and nitrogen) on the composition were measured by Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA). Correlation between the composition and the optical and electrical properties were studied (Fourier Transform InfraRed (FTIR) spectroscopy, XPS, …) and simulated. Evolution of the thickness and refractive indices were measured by ellipsometry.Measurements of the reflection, absorption and transmission were performed with spectroscopy. Time Resolved Microwaves Conductivity (TRMC) was used as a non-destructive method to determine the electrical passivation effect due to silicon nitride. Optimum deposition parameters were found in order to obtain the best electrical passivation (surface recombination velocity <20 cm.s-1) and the minimum reflection (0.03% of reflection for l = 560 nm). Reproducibility of the deposition method and behaviour of the layers for different pre-treatment and under annealing were also investigated

Le talc naturel est utilisé en tant que charge de haute performance des matrices polymères, car il permet d'améliorer leurs propriétés mécaniques. Pour cela, la dispersion de la charge dans la matrice doit être de qualité, ce qui implique que les particules soient nanométriques. Or, obtenir des particules nanométriques par broyage s'avère coûteux énergétiquement et économiquement. L'étude d'une opération de précipitation a conduit à la synthèse de silicate de magnésium amorphe constitué de particules primaires nanométriques. L'analyse de surface du solide par chromatographie gazeuse inverse a été employée afin de prédire les interactions entre le solide et la matrice polymère. La constante d'équilibre du solide amorphe et les vitesses de cristallisation ont pu être identifiées après modélisation des équilibres chimiques. / Natural talc is used as an high performance filler in polymer matrices because it enables to improve mechanical properties. In order to improve these properties, a good-quality dispersion of the filler in the polymer matrix is necessary, that involves particles being nano-sized. However, getting nano-sized particles by milling processes is expensive and very energetic. The study of a precipitation operation has led to the synthesis of amorphous magnesium silicate whose primary particles are nano-sized. Solid surface analysis by inverse gas chromatography has been made in order to predict interactions between solid and polymer matrix. Equilibrium constant of amorphous solid and crystallization rates have been identified after modelling of chemical equilibria.

Cette thèse a initié en France la thématique des cellules solaires à hétérojonctions a-Si:H/c-Si. Cette technologie consiste à déposer des couches de silicium amorphe sur des substrats de silicium cristallin ce qui présente l'avantage (par rapport aux homojonctions) de fabriquer des cellules solaires à haut rendement entièrement à basse température (< 200 °C). Elle permet aussi de réaliser plus aisément des cellules sur substrats c-Si très minces (< 150 μm). Les substrats utilisés sont ici essentiellement des c-Si de type p. Les couches a-Si:H, pm-Si:H ou μc-Si sont déposées par RF-PECVD. Une attention particulière est portée au dépôt d'ITO, aux étapes de nettoyage et à la reproductibilité. Les cellules solaires ont été développées dans un souci constant d'industrialisation : grande surface (25 cm2) et métallisations bas coût sérigraphiées. Malgré cela, les rendements ont progressé de 9 % à 17 % avec les meilleurs Vco compris entre 660 mV et 677 mV (à l'époque un record). Une excellente passivation a été obtenue avec une vitesse de recombinaison de 16 cm/s moyennée sur 25 cm2.<br /><br />Un travail plus théorique associant mesures ellipsométriques in situ, mesures HR-TEM et mesures de capacité, SIMS et simulations a permis d'obtenir plusieurs résultats originaux et de montrer que la physique des cellules à hétérojonctions a-Si:H/c-Si était encore mal comprise. Des paradoxes ont été découverts et élucidés concernant le rôle du « bombardement ionique »,<br />de la croissance épitaxiale et des discontinuités de bande. Une conclusion essentielle est que les discontinuités de bande du système a-Si:H/c-Si ne sont pas constantes et que leur valeur dépend (notamment) du contenu en hydrogène. Cela ouvre la voie à une ingénierie des discontinuités de bande des cellules solaires à hétérojonctions.

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Ce travail est consacré à l’étude par simulation de dynamique moléculaire l’effet d’une perturbation contrôlée, utilisant des molécules photoisomérisables sur les effets de taille finie et de surface dans les matériaux amorphes. Le présent modèle utilise le potentiel de Lennard-Jones et l’algorithme de Verlet pour résoudre les équations du mouvement. Nous avons réalisé plusieurs boîtes de simulation de tailles différentes dans le but d’étudier l’effet de la taille de la boîte sur les propriétés du matériau. Nous avons utilisé ces boîtes pour simuler le matériau à différentes températures, le matériau était avec un chromophore dilué à l’intérieur, le chromophore s’isomérisant ou non,et avec une période courte ou longue. L’étude utilise des simulations à l’échelle atomique par dynamique moléculaire où l’énergie produite par le processus de photo-isomérisation est absorbée par un thermostat,après sa dégradation thermique à l’intérieur de la matrice hôte. Par une modification continue de la forme des photochromes trans vers cis et inversement, une photo isomérisation est introduite de manière périodique. Dans ces conditions, nous avons montré que ce modèle reproduit bien les propriétés statiques et dynamiques d’un matériau amorphe. Nous avons trouvé que des hétérogénéités dynamiques apparaissent dans un liquide surfondu pour une température qui égale 120K. Nous avons constaté que le temps de relaxation diminue en même temps que la force des mouvements coopératifs lorsque la taille du système est devient plus petite. Ces résultats suggèrent la présence de deux mécanismes physiques concurrents différents avec différentes échelles de longueur. / This work is devoted to the study by molecular dynamics simulation the effect of a controlled disturbance, using photo-isomerizable molecules on the finite size effects and surface in amorphous materials. This model uses the potential of Leonard Jones and the Verlet algorithm to solve the equations of motion.We realized several simulation boxes of different sizes in order to study the effect of the size of the box on the material properties. We used these boxes to simulate the material at different temperatures, the material was diluted with a chromophore inside, the chromophore isomerized or not, and with a short or long period. The study uses simulations at the atomic scale molecular dynamics where the energy produced by the photoisomerization is absorbed by a thermostat after thermal degradation within the host matrix. By a continuous change in the form of photochromes trans tocis and vice versa, a photo isomerization is introduced periodically. Under these conditions, we have shown that this model reproduces well the static and dynamic properties of amorphous material. We found that dynamic heterogeneities appear in a supercooled liquid to a temperature equal to 120 K. We found that the relaxation time decreases along with the strength of cooperative movements when the system size is becoming smaller. These results suggest the presence of two different physical mechanisms competitors with different length scales