Optimisation De La Face Arrière D’une Cellule Solaire A Hétérojonction De Silicium

Abstract

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 être18 -3 obtenues pour une couche BSF fortement dopé (N =10 cm ) et de faible paisseur (D=10Dnm). 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 : ensité de courant de court - circuit J =38.75 mA/cm cc  Tension de circuit ouvert V =0.84 Vo Facteur 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.