The lamella silicon solar cell [2] (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 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 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 [3]

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.
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 anti-réfléchissant
 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.

CONCLUSION

Cette étude bibliographique nous a permis de connaitre quelques caractéristiques des différents types de photopiles a jonctions verticales et une technique de détermination des paramètres électriques de ces photopiles à partir de la vitesse de recombinaison à la jonction.
Dans la suite de ce travail nous ferons une étude théorique à une dimension, en régime statique d’une photopile à jonction verticale-parallèle série. Ceci nous permettra d’étudier l’effet du coefficient d’absorption sur les paramètres électriques de la photopile.

ETUDE THEORIQUE

INTRODUCTION

Ce chapitre sera consacré, dans un premier temps à une présentation de la photopile à jonction verticale et dans un second temps nous étudions l’influence du coefficient d’absorption sur les paramètres électriques de cette photopile au silicium polycristallin. Cette étude permettra, après avoir résolu l’équation de continuité relative à la densité des porteurs minoritaires photocréés, de déterminer les paramètres électriques de la photopile.

PRESENTATION ET PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA PHOTO PILE

Présentation de la photopile

Figure II-1: Schéma de connexion en série des cellules à jonction verticale
Cette connexion en série de cellules à jonction verticale comprend des cellules solaires comprenant chacune essentiellement trois parties :
 Emetteur : zone frontale de type n dopée en atomes donneurs où le taux de dopage varie de 1017 à 1019 atome.cm-3, de faible épaisseur (0.5 à 1.m ), qu’on appelle également face avant. [4],[5]
 Base : zone de type p peu dopée en atomes accepteurs (1015 à 1016 atome.cm-3) dont l’épaisseur varie de 300 à 400.m où les porteurs minoritaires sont les électrons.
 Elle est la zone de prédominance des phénomènes de génération, diffusion et recombinaison des porteurs. [4], [5]
 Zone de charge d’espace (ZCE) : elle se trouve entre l’émetteur et la base et il y règne un champ électrique intense qui permet de séparer les paires électron-trou créées. [6]
Des contacts électriques ohmiques assurés par des grilles métalliques adaptées sur les faces avant et arrière, permettent la collecte de porteurs photocréés dans le circuit extérieur.
Le modèle mathématique unidimensionnel à partir de la jonction émetteur-base prise comme origine, est considéré. [3]

Fonctionnement de la photopile

Lorsque la photopile est éclairée, elle absorbe des photons incidents d’énergie supérieure ou égale à celle du gap du matériau semi conducteur constituant la cellule solaire. Chaque photon absorbé donne naissance à une paire d’électron-trou, ces porteurs de charges sont séparés par un champ électrique permanent, indestructible et collectés grâce à des contacts métalliques a travers un circuit extérieur. [6]