Optimisation des paramètres photovoltaïques, à l’aide de PC1D, de cellules solaires au silicium à émetteur de type N et leur comparaison avec celles de type P.

Abstract

Ce modeste travail de mémoire de master en modélisation et caractérisation des matériaux nous a permis de voir en :  Introduction : le sujet dans sa globalité,  Chapitre I : l’ensoleillement qui est la source d’énergie des cellules solaires,  Chapitre II : la physique des semi-conducteurs et en par la suite la jonction PN qui est la base fondamentale de la compréhension du fonctionnement des cellules,  Chapitre III : la présentation la cellule solaire et ses caractéristiques,  Chapitre IV : l’aboutissement à des résultats en optimisant les paramètres physiques et géométriques d’une cellule solaire cristalline au silicium dont et les grandeurs sont données par défaut par le logiciel PC1D. Nous sommes contentés de garder les valeurs du logiciel d’une cellule solaire conventionnelle au silicium cristallin d’émetteur frontal de type N et d’une base épaisse de type P dopée généralement au Phosphore par diffusion thermique (profil fonction erreur complémentaire : erfc). On a fait varier quelques paramètres essentiels de cette cellule pour voir leurs influences sur les caractéristiques de la cellule que sont le courant de court-circuit Icc, la tension de circuit-ouvert Vco, le facteur de forme FF, la puissance au point de fonctionnement maximal et enfin le rendement énergétique. Nous avons aussi en fin de ce travail essayer de comprendre quelles sont les gammes de longueurs d’onde du spectre solaire qu’il faudrait améliorer pour augmenter la réponse spectrale (rendement quantique) et par conséquent prévoir en amont les rendements énergétiques attendus. La modélisation s’est faite en variant un seul paramètre et en gardant fixes les autres paramètres. Pour l’étude du paramètre suivant, on a fixé le paramètre précédent à sa valeur optimale et en gardant les suivants constants et ainsi de suite. Les paramètres que nous avons étudiés sont : -l’épaisseur et le dopage de la base, -L’épaisseur de l’émetteur. Les résultats superficiels obtenus nous ont permis de tirer les conclusions suivantes :-La variation de l’épaisseur de la base vers des valeurs plus grandes fait augmenter le courant de court-circuit et la tension de circuit-ouvert ainsi que le rendement et par contre fait diminuer le facteur de forme. -La variation de dopage de la base vers le haut, décroît le courant de court-circuit,et fait baisser la tension de circuit-ouvert ,le facteur de forme et le rendement. -L’accroissement de l’épaisseur de l’émetteur fait augmenter la tension de circuit-ouvert et le facteur de forme et diminuer le courant de court-circuit. Quant au rendement, il décroît également avec la profondeur de jonction, et sa valeur maximale est atteinte pour de très faibles épaisseurs de l’émetteur. Par ailleurs pour l’étude de la réponse spectrale, nous avons également vu que la probabilité d’absorption des photons de longueurs d’ondes plus petites (grandes énergies) par les porteurs se dégrade dans cette gamme de l’Ultra-Violet et qui concerne spécialement l’émetteur où il faut l’améliorer par exemple en optimisant la profondeur de jonction ou par l’incorporation d’un emetteur sélectif de plus petite résistance carrée, c’est-à-dire de plus grand dopage. L’autre partie concerne la queue de cette réponse spectrale, dans la fourchette des énergies proches du gap du silicium, qui devait abaisser de manière brutale. Les longueurs d’onde correspondantes concernent particulièrement la base de la cellule dont il faut améliorer la collecte en optmisant les paramètres de la cellule (épaisseur, dopage) de minimiser les recombinaisons, tout en augmentant les durées de vie des porteurs. En dernier, en prenant les mêmes paramètres de la cellule à émetteur de type P que celles du type N, nous avons remarqué que selon les caractéristiques I(V) et les rendements quantiques internes que les grandeurs de ce dernier sont meilleures que celles du type P. Pour en savoir plus, il reste à optimiser les paramètres de la cellule à emetteur de type P. Comme perspectives de ce travail, cette étude mérite d’être pour suivie en étudiant toutes les autres grandeurs afin de les optimiser dans le but d’améliorer le rendement énergétique des cellules photovoltaïques.