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Réponse spectrale ou Rendement quantique externe
La réponse spectrale, et plus particulièrement le rendement quantique externe, permet de déterminer la réponse de la cellule en fonction de la longueur d’onde et permet d’étudier les facteurs limitant les performances d’une cellule solaire.
Ainsi pour représenter la réponse spectrale d’une cellule solaire ZnO/CdTe, nous avons d’abord considéré la réponse spectrale de chaque partie de l’hétérojonction avant de tracer la réponse totale dans la figure III-2. Ensuite dans les figures III-3 et III-4 nous avons représenté respectivement, l’influence de la vitesse de recombinaison et de la longueur de diffusion sur le rendement quantique externe.
Ces courbes représentent l’évolution du rendement quantique externe de la cellule solaire ZnO/CdTe en fonction de la longueur d’onde. L’analyse de ces courbes montre que, pour les faibles longueurs d’onde d’environ 250nm, le rendement est faible (peu significatif) dans la zone de charge d’espace et dans base par rapport à celui dans l’émetteur. Pour des longueurs d’onde comprises entres 380 et 430 on constate un saut du rendement jusqu’à 75% dans la base (CdTe), mais une diminution dans l’émetteur et dans la zone de charge d’espace. Pour les grandes longueurs d’onde, le rendement tend progressivement vers zéro dans ces deux dernières zones.
La caractéristique du rendement quantique total passe au-dessus de celles de l’émetteur (ZnO) et de la base (CdTe). Cela s’explique par le fait qu’elle résulte de la sommation des deux contributions.
Figure III-3: Variation du rendement quantique en fonction de la longueur d’onde à des vitesses de recombinaison arrière Sn différentes.
Sur la figure (III-4) ci-dessus, nous notons que la variation du rendement est la même pour n’importe quelle vitesse de recombinaison arrière Sn dans l’intervalle de longueur d’onde compris entre 230 et 380. Mais au delà de cette valeur de longueur d’onde nous constatons que la vitesse de recombinaison arrière a un effet négatif sur le rendement quantique externe, car plus la vitesse de recombinaison est grande et plus ce rendement est faible. Et vise versa On peut remarquer qu’ici la vitesse de recombinaison arrière n’intervient qu’à une certaine valeur de la longueur d’onde qui est égale à 380nm.
En résume, la diminution de la vitesse recombinaison en surface favorise l’augmentation du rendement.
Effet de la Longueur de diffusion des porteurs minoritaire dans la base
Figure III-4: Variation du rendement quantique en fonction de la longueur d’onde à des différentes longueurs de diffusion des porteurs minoritaire dans la base.
Ces courbes représentent l’évolution du rendement quantique de la cellule solaire ZnO/CdTe en fonction de la longueur d’onde.
L’analyse de ces courbes montre que, pour les faibles longueurs d’onde (de230nm à 380nm) le rendement quantique augmente très faiblement pour n’importe quelle longueur de diffusion. Au delà de cette valeur, on remarque que la longueur de diffusion a une grande influence sur le rendement quantique. D’après la figure plus la longueur de diffusion est grande, plus le rendement est grand ce qui est un facteur capital pour la cellule ZnO/CdTe.
Nous pouvons expliquer ce profile par une réflexion qui diminue dans les faibles longueurs d’onde synonyme d’une forte absorption du rayonnement par le matériau.
La simulation à l’aide d’un logiciel de calcul nous a permis de mesurer les réponses spectrales de la cellule solaire ZnO/CdTe. Les résultats obtenus montrent que la cellule solaire peut avoir un rendement de conversion photovoltaïque important.
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
Après l’étude théorique, nous pouvons dire que les cellules solaires à base de semi-conducteurs II-VI peuvent, après les développements des technologies d’élaboration constituer des dispositifs prometteurs dans le domaine de la conversion photovoltaïque. Le travail de notre master a concerné la réalisation de la réponse spectrale de la cellule solaire ZnO/CdTe, au début, nous avons parlé de la théorie des matériaux ZnO et CdTe c’est-à-dire l’étude de leurs structures: cristallographiques, électriques et les applications, ainsi que leurs avantages, ensuite nous avons fait une étude sur la technique de fabrication de l’hétérojonction qui est l’élément de base pour avoir un bon rendement et de l’hétérojonction elle-même qui a un rôle primordiale dans la cellule solaire. Nous avons parlé de la technique spray pyrolyse, à partir d’une solution d’acétate de zinc et un substrat CdTe. Elle est simple, moins coûteuse, elle permet d’obtenir des dépôts avec des propriétés contrôlables suivant les conditions d’élaboration. Par ailleurs le choix du matériau est une étape très importante et qui doit être étudiée avant de commencer de travailler sur n’importe quelle structure, nous avons choisi ces matériaux (ZnO/CdTe). L’oxyde de zinc (ZnO) est la couche fenêtre avec une énergie de 3,35eV bonne conductivité électrique combinée à une transparence élevée sur toute l’étendue du spectre. Le tellure de cadmium (CdTe) est la base qui a une énergie de 1,5eV.
Les équations qui gouvernent le comportement de notre semi-conducteur ont été résolues.
En plus nous avons simulé le comportement de notre semi- conducteur et analysé les influences certains paramètres physiques sur le rendement tels que la vitesse de recombinaison et la longueur de diffusion des porteurs minoritaires.
Les résultats acquis en simulation montrent que pour de faible longueur d’onde environ 250nm donnent de meilleurs performances de la couche fenêtre (qui est transparent) et une forte absorption de la base pour des longueurs d’onde de plus de 430nm. Le rendement enregistré peut alors dépasser 80% avec un gap moyen de 3,2 eV du ZnO.
Il ressort des simulations que l’émetteur doit être le plus mince possible pour permettre le passage des photons à la base.
Cette étude mérite d’être approfondie et complétée. Une suite logique de ce travail consisterait à étudier l’effluence de réflexion sur l’émetteur et celle du dopage sur l’émetteur et la base.
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