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L’amélioration des performances de la cellule solaire, principalement son rendement
de conversion, avec réduction de son coût de production est l’objectif majeur des recherches
photovoltaïques.
En raison du coût élevé de l’expérience, l’outil de simulation est devenu primordial
pour prédire le développement des recherches notamment en photovoltaïque, gagnant du
temps et de l’argent. Dans notre étude nous avons utilisé le logiciel SCAPS pour réaliser nos
simulations.
Notre étude se résume en quatre chapitres complémentaires qui nous ont permis d’aller
à l’essentiel pour comprendre et expliquer notre thème : Des généralités sur les cellules
solaires PV, les cellules solaires à base d’hétérojonction silicium amorphe /silicium cristallin,
modélisation
et
simulation
des
cellules solaires,
et enfin résultats obtenus et leur
interprétation.
L’étude menée dans ce mémoire est principalement basée sur l’étude de l’influence du
gap, de l’épaisseur et du taux de dopage de la couche BSF sur les paramètres PV d’une
cellule HIT de type n.
Dans le premier chapitre, nous avons présenté des généralités sur les cellules
photovoltaïques. Nous avons cité les filières PV et nous avons conclue quelle marché du PV
est
principalement
alimenté
par
les
photopiles
en
silicium
cristallin
et
le silicium
monocristallin grâce à ses propriétés structurales et les bons rendements qu’il donne. Mais
l’inconvénient c’est qu’il coute cher et qu’il ne peut pas être déposé en couche mince.
Cependant, le silicium amorphe hydrogéné a pour avantage d’être moins cher, avec un
meilleur coefficient d’absorption, il est possible de le déposer sur des très grandes surfaces
mais il fournit de plus faibles rendements que le silicium cristallin à cause de sa structure
désordonnée.
Dans le deuxième chapitre nous avons présenté l’évolution de la structure des cellules
HIT ainsi que l’amélioration des performances des cellules fabriquées par Sanyo. Nous avons
vu que le rendement obtenu par une hétérojonction dépend de la combinaison des matériaux
qui forment cette structure. Puis nous avons expliqué le rôle de chaque composante de la
structure HIT.
Dans le troisième chapitre, nous avons donné les schémas équivalents de la cellule
photovoltaïque idéale et réelle, nous avons défini la caractéristique I = f(V) qui est la
principale technique utilisée pour caractériser une cellule solaire, ensuite nous avons défini les
paramètres photovoltaïques : la tension de circuit ouvert, le courant de court circuit, le facteur
de forme et le rendement de conversion. Nous avons par la suite rappelé les phénomènes de
transport dans les semi-conducteurs. A la fin de ce chapitre, nous avons donné quelques
logiciels utilisés pour la simulation et modélisation des cellules solaires, parmi ces logiciels
nous avons décrit le logiciel SCAPS que nous avons choisi pour réaliser nos simulations.
Les principaux résultats issus de la simulation ont été présentés dans le quatrième et
dernier chapitre de ce mémoire, et ils peuvent être résumés dans les points suivants :
-Tout d’abord, sur la base d’une recherche bibliographique, nous avons proposé une structure
de la cellule solaire à étudier constituée d’un dispositif à hétérojonction p-a-Si:/ n-c-Siau
niveau de la face avant et une jonction n-c-Si/ n++Si constituant le BSF au niveau de la face
arrière.
- A partir de cette étude, nous avons déduit qu’il était plus intéressant d’élaborer la couche
BSF à base de silicium amorphe hydrogéné avec un gap optique Eg=1.7 eV.
- Nous nous sommes intéressé à l’étude de l’influence de l’épaisseur et de dopage de la
couche BSF et nous avons déduit que de bonnes performances de la cellule pourraient être
18
-3
obtenues pour une couche BSF fortement dopé (N =10
cm ) et de faible épaisseur (D=10
D
nm). Après optimisation de la couche BSF, nous avons atteint un rendement de 19.27%
- En optimisant les différents paramètres électriques et optiques des autres couches
constituants notre photopile (émetteur, couche tampon, couche active), nous avons pu
atteindre un rendement de 27.44% avec les paramètres photovoltaïques suivants :
2
D
ensité de courant de co
urt
-
circuit J
=38.75
mA/cm
cc
T
ension de circuit ouvert V
=0.84 V
co
F
acteur de form
e FF
=0.83
Le rendement en puissance que nous avons obtenu dépasse le rendement expérimental de
26.6% atteint par l’entreprise Sanyo. Cela est dû au fait que lors de nos simulations, nous
n’avons pas pris en compte toutes les pertes qui peuvent détériorer la performance de la
cellule. Comme perspectives, il serait intéressant de modéliser la résistance série et la
résistance parallèle, ainsi que les défauts d’interface lors des simulations afin de se rapprocher
le plus des résultats expérimentaux.
Grâce à toutes les avancées technologiques, il ne fait aucun doute que des cellules
photovoltaïques HIT ont encore beaucoup de potentiel et peuvent être améliorées à l’avenir. |
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