Performance des panneaux solaires photovoltaïques à base de cellules solaires tandem pérovskite/pérovskite

Abstract

Ce mémoire explore en profondeur les cellules solaires photovoltaïques à base de pérovskite, mettant en avant leur potentiel exceptionnel dans le domaine des énergies renouvelables. À travers une série de simulations numériques détaillées, nous avons analysé et optimisé les performances de ces cellules, en étudiant divers paramètres tels que le dopage, l'épaisseur des couches et les conditions environnementales. L'étude commence par une présentation des bases théoriques des jonctions PN et des cellules solaires idéales, permettant de comprendre les mécanismes de fonctionnement et les défis liés aux pertes de performance. Ensuite, les cellules solaires à pérovskite, en tant que technologie émergente, sont analysées en détail, en insistant sur l'architecture des dispositifs et les méthodes de caractérisation des performances. Les simulations effectuées avec SILVACO-ATLAS ont permis d'optimiser les cellules solaires tandem pérovskite/pérovskite, révélant des améliorations significatives en termes d'efficacité, de facteur de forme et de densité de courant de court-circuit. En outre, les simulations numériques sous MATLAB Simulink ont mis en évidence l'impact des conditions environnementales, telles que l'éclairement et la température, sur les performances des panneaux solaires. Les résultats obtenus soulignent l'importance de la gestion thermique et de l'optimisation de l'exposition à la lumière pour maximiser l'efficacité des panneaux solaires.

Abstract This thesis explores perovskite-based photovoltaic solar cells, highlighting their exceptional potential in the field of renewable energy. Through a series of detailed numerical simulations, we analyzed and optimized the performance of these cells by studying various parameters such as doping, layer thickness, and environmental conditions. The study begins with a presentation of the theoretical foundations of PN junctions and ideal solar cells, providing a basis for understanding the operating mechanisms and performance loss challenges. Next, perovskite solar cells, as an emerging technology, are analyzed in detail, with a focus on device architecture and performance characterization methods. Simulations performed with SILVACO-ATLAS allowed us to optimize perovskite/perovskite tandem solar cells, revealing significant improvements in efficiency, fill factor, and short-circuit current density. Additionally, numerical simulations with MATLAB Simulink highlighted the impact of environmental conditions, such as illumination and temperature, on the performance of solar panels. The results emphasize the importance of thermal management and optimal light exposure to maximize the efficiency of solar panels.

ملخص يستكشف هذا الأطروحة الخلايا الشمسية الكهروضوئية المعتمدة على مادة البيروفسكايت، مسلطاً الضوء على إمكاناتها الاستثنائية في مجال الطاقة المتجددة. من خلال سلسلة من المحاكاة العددية التفصيلية، قمنا بتحليل وتحسين أداء هذه الخلايا عن طريق دراسة مختلف العوامل مثل التطعيم، وسمك الطبقات، والظروف البيئية. تبدأ الدراسة بعرض الأسس النظرية لوصلات PN والخلايا الشمسية المثالية، مما يوفر أساساً لفهم آليات التشغيل وتحديات فقدان الأداء. بعد ذلك، يتم تحليل الخلايا الشمسية البيروفسكايتية، كتكنولوجيا ناشئة، بالتفصيل، مع التركيز على هندسة الأجهزة وطرق توصيف الأداء.

أتاحت المحاكاة التي تم إجراؤها باستخدام SILVACO-ATLAS تحسين الخلايا الشمسية الترادفية بيروفسكايت/بيروفسكايت، مما كشف عن تحسينات كبيرة في الكفاءة، وعامل الملء، وكثافة التيار القصير. بالإضافة إلى ذلك، أبرزت المحاكاة العددية باستخدام MATLAB Simulink تأثير الظروف البيئية مثل الإضاءة ودرجة الحرارة على أداء الألواح الشمسية. تؤكد النتائج على أهمية الإدارة الحرارية والتعرض الأمثل للضوء لتعظيم كفاءة الألواح الشمسية.

Mots clefs : Panneaux solaires, photovoltaïque, cellules tandem, pérovskite, simulation numérique, SILVACO ATLAS, MATLAB SIMULINK,Calibrage, efficacité de conversion, optimisation, caractérisation des performances, courbes courant-tension (Jsc-V), spectre solaire, transport des porteurs de charge, énergies renouvelables, développement durable