ETUDE DE LA PHOTOPILE AU SILICIUM A JONCTION VERTICALE SERIE EN REGIME STATIQUE

 Vertical junction cells

(Cellules à jonction verticale) Dans cet article, différents concepts de base sur lesquels reposent les nouveaux types de photopiles à multi jonction verticale sont présentés. On distingue essentiellement deux types de photopiles à multi jonction verticale : les photopiles à multi jonction verticale connectées en parallèle et les photopiles à multi jonction verticale, éclairées par leur face avant et branchées en série : figures (I-1) et (I-2). Elles présentent des structures qui permettent de collecter le maximum de porteurs. La collecte peut être faite sur toutes les sections transversales même avec de petites longueurs de diffusion des porteurs. Leur connexion en série devrait présenter des difficultés lorsque le matériau de base est soumis à un éclairement non uniforme. Cependant, elles peuvent être surmontées grâce à une connexion en parallèle des cellules. La jonction verticale dans ces types de photopiles, est obtenue par gravure sur la surface du substrat qui constitue la cellule, comme nous l’indique les figures (I-1) et (I-2) suivantes : Figure I-1 : Cellules solaires à multi jonction verticale connectées en série Figure I-2 : Cellules solaires à multi jonction verticale obtenues par gravures connectées en parallèle Les points de contact sur la surface de la photopile jouent un rôle important pour le bon fonctionnement des photopiles de concentration au silicium. Ils sont directement liés au contact arrière qui sont souvent en IBC (Interdigitated Back Contact c’est-à-dire contact arrière interdigité). Cependant, nous pouvons noter quelques différences non négligeables entre ces points de contact pour la face avant et les IBC pour la face arrière. La principale différence entre les photopiles munies de points de contact et de IBC se trouve au niveau des zones de diffusion qui sont restreintes possédant ainsi de petites poches plutôt que de longs doigts. Ces petites poches sont arrangées sur la face arrière de la cellule sous forme de damier « chequerboard » c’est-à-dire les zones de type-n et de type-p ont des couleurs différentes d’où la structure en damier. L’autre différence est que, les zones de diffusion au niveau des contacts métalliques sont plus petites et sont limitées par de petits secteurs. Il faut noter que les vitesses de recombinaison sur toute la surface de la face avant de la photopile sont faibles. Ainsi pour collecter le maximum de porteurs, il suffit de maintenir leur épaisseur aussi faible que possible. Une telle approche a permis d’obtenir vers les années 1986 des rendements de 27.5%.

The lamella silicon solar cell

(Les cellules solaires au silicium) Dans cet article, un nouveau concept de photopile solaire à jonction verticale dont la structure est constituée de lamelles est présenté. L’objectif de l’étude est d’améliorer le rendement de la 4 photopile en réduisant au maximum la distance qui sépare l’endroit où les porteurs sont générés dans la base et l’émetteur, lorsque la photopile est illuminée. Dans la première structure, les grilles en forme de doigts se trouvent sur des plateaux figure I-3. Pour rendre plus performante la collecte des porteurs de charge par réduction de la réflectivité du matériau, ces doigts sont aussi larges que possible. Tandis que dans la seconde structure ces doigts sont formés sur le long d’un côté particulier au niveau des bouts effilés des lamelles, figure I-4. Dans ce cas l’espacement de ces doigts peut être changé suivant la taille des lamelles (plus élevée et plus basse) puisque seules les plus élevées seront métallisées. Les cellules monocristallines de LAMELLE ont des rendements de 15.9% pour une surface de 4 cm2 , avec une simple couche antireflet ARC. Figure I-3 : L’image au SEM(Scanning Electron Microscope) d’une grille en doigts d’une cellule de LAMELLE sur des plateaux. La barre omnibus reliant ensemble des cellules est en avant. Figure I-4 : L’image au SEM d’une grille en doigts sur d’une cellule de LAMELLE sur un côté particulier de chaque deuxième bout de lamelle marquée par des flèches Cette conception de LAMELLE permet d’améliorer le courant de court-circuit (Jcc) des cellules polycristallines comparé à la cellule de référence dépourvue de lamelles. Cela se 5 traduit par une réduction de la réflectivité qui entraîne une collecte plus élevée de porteurs. En effet un rendement de 8.4% (sans ARC) est obtenu grâce à l’influence positive des lamelles. En raison de leur faible réflectivité, les photopiles solaires métallisées peuvent être améliorées en optimisant le courant de court-circuit grâce à leur couverture par la photolithographie superficielle (SAP) avec de l’oxyde.

Determination of the shunt and series resistances of a vertical multijunction solar cell under constant multispectral light

Dans cet article, les auteurs présentent une nouvelle technique basée sur la vitesse de recombinaison à la jonction pour l’évaluation des paramètres électriques d’une cellule verticale solaire à jonction multiple. Après la résolution de l’équation de continuité, la densité de photocourant et la phototension sont déterminées et la caractéristique I-V est tracée ; des circuits électriques équivalents de la cellule solaire en circuit-ouvert et en court-circuit sont proposées permettant de déduire les résistances série et shunt pour différentes configurations de la cellule solaire multi jonction verticale. Nous utilisons une modélisation unidimensionnelle de la cellule solaire en jonction verticale afin de proposer une méthode basée sur la caractéristique I-V pour déterminer les résistances série et shunt. On utilisera des cellules solaires en jonction verticale parallèle et en jonction verticale série représentées respectivement sur les figures suivantes : Figure I-5 : Cellules solaires à multi jonction verticale connectées en parallèle Cette figure montre des cellules solaires a jonction verticale parallèle, mais dans ce type de photopile les bases ainsi que les émetteurs sont reliés entres eux. 6 Figure I-6 Cellules solaires à multi jonction verticale connectées en série Cette figure montre des cellules solaires à jonction verticale série ; ici la base est connectée à deux émetteurs et ce modèle est séparé de part et d’autres par des contacts métalliques. Ces modèles ont été traités à l’aide des hypothèses suivantes :  L’éclairage est uniforme. Nous avons alors un taux de production en fonction seulement de la profondeur dans la base.  La face avant qui reçoit le rayonnement est recouvert d’un revêtement antiréfléchissant  La contribution de l’émetteur et de la zone de charge d’espace sont négligées, comme cette analyse n’est développée que dans la base nous pouvons alors utiliser les coordonnées cartésiennes La caractéristique I-V pour les photopiles à jonction verticale parallèle et série est tracée. On voit sur leur représentation que les positions sur la courbe du photocourant de court-circuit Jcc et de la phototension en circuit-ouvert Vco sont différentes pour une connexion de cellules en jonction verticale parallèle et série. On constate aussi que la cellule avec une configuration parallèle donne une plus grande contribution au photocourant que la configuration série. Chaque courbe I-V est caractérisé par un point appelé « genou » qui donne Imax et Vmax donc le produit nous donne le point de puissance maximale.