Soutenance mémoire
De nos jours, la maîtrise de l’énergie constitue un atout fondamental pour le développement économique d’un pays. En effet, les contraint économiques et écologiques pous sent à l a recherche et à l’optimisation des énergies renouvelables, pour résoudre une partie du problème énergétique mondial. Ainsi des scientifiques et des industriels orientent leurs recherches vers d’autres sources d’énergie alternatives notamment l’énergie solaire. En effet l’énergie solaire se présent comme une source d’énergie inépuisable, non p olluante, disponible, abondante et suffisante pour alimenter la consommation terrestre.
La conversion photovoltaïque est un m oyen direct de transformation de l’énergie solaire en énergie électrique. Le dispositif utilisé, est appelé cellule solaire ou p hotopile constituée de matériaux semi-conducteurs, le plus souvent à base de silicium. La photopile est une diode à jonction (p-n) où règne un champ électrique intense qui sépare les charges photogénérées dans la base par la lumière solaire. Le rendement modeste et le prix de revient des cellules solaires constituent un obstacle pour une utilisation terrestre à grande échelle de l’énergie photovoltaïque. Dans le but de contrôler les paramètres électronique et électrique, différentes techniques de caractérisation des cellules solaires, en régime statique ou dynamique ont été élaboré, sont basées sur les mesures des effets optiques [1] ou électriques [2].
Measurement of AC parameters of Gallium Arsenide (GaAS/Ge) solar by Impedance Spectrocopy [3] (Mesure des paramètres électriques d’une cellule en Arséniure de Gallium « GaAs/Ge », par spectroscopie d’impédance) Dans cet article, il est propose une méthode expérimentale de détermination des paramètres électrique. L’étude est faite sur une cellule solaire en Arséniure de G allium par la méthode d’Impédance spectroscopique. Les mesures sont réalisé sur une cellule GaAs/Ge de taille (20 x 40 mm), la température de la salle est de 22ºC ±1ºC. La c ellule est polarise à l ’obscurité, la tension de polarisation est comprise entre 0,3V et 0,9V et l’amplitude du signal alternatif est de 10 mV avec une fréquence variant de 1HZ à 60 KHZ.
A new characterisation method for Solar Cell dynamic impedance
(Nouvelle méthode de caractérisation d’impédance dynamique d’une cellule solaire) Cet article présenté une technique de caractérisation d’impédance dynamique d’une cellule solaire par une méthode basée sur la spectroscopie d’impédance. Pour la Nouvelle méthode de caractérisation d’impédance dynamique, on utilise un courant continu modulé d’un petit signal carré au lieu d’un signal sinusoïdal fréquemment utilisé en spectroscopie d’impédance. Cette méthode nous permet de réduire le matériel expérimental, ainsi simplifiant et rendant plus accessible les mesures de l’impédance. Les mesures sont effectuées sur une cellule en silicium cristalline de surface (10 cm x 10 cm) Les conditions expérimentales sont :
– La température de la cellule est égale à la température ambiante de la salle
– La cellule est polarisée à l’obscurité .
Les courants et les tensions d’entrée et de sortie de la cellule test peuvent être visualisés par un oscilloscope numérique. Les données sont transférées au PC par l’intermédiaire du port de transmission de données de GPIB. L’impédance dynamique de la cellule solaire est calculée par MATLAB en utilisant la technique de FFT.
Modèle à une exponentielle
Les variations de A et de Rs sont représentées pour des mesures effectuées à la température de 30°C et sous éclairement variable de 0,3AM1 à 1,5AM1. Ici, on note que le résultat obtenu avec la méthode de WARASHNA et USHIROKAWA, est distinct des autres pour les faibles éclairements. Par contre, la méthode de l ’analyse numérique donne un r ésultat similaire à ceux obtenus par les trois méthodes ci-dessus citées. L’efficacité d’une méthode, peut évaluer grâce la moyenne quadratique des distances entre les points expérimentaux et la courbe théorique correspondant aux paramètres du circuit équivalent calculés. Les valeurs fortes de la moyenne quadratique à faible éclairement, montre un désaccord entre l’expérience et le résultat calculé pour le modèle à une exponentielle. Cet écart peut être attribué soit au fonctionnement de la photopile ou à la méthode de calcul.
Modèle à deux exponentielles
La résolution numérique de l ’équation (I-4) par CHARLES et AL, permet d’obtenir cinq paramètres et on peut noter que l a valeur de l a résistance Rs ne semble pas varier avec l’éclairement, ni aussi Is1 et Is2. Les valeurs obtenues par la moyenne quadratique sont plus faibles que celles du modèle à une exponentielle : elles se rapprochent des points théoriques de l ’équation à deux exponentielles. Ainsi, le fonctionnement de la photopile met en œuvre un courant de diffusion et un courant de recombinaison dans la zone de charge d’espace. Différentes méthodes d’approximation de calculs des paramètres électriques d’une photopile, sont présentées. Les mesures théoriques et expérimentales ont une t rès large gamme de différence pour le modèle à une diode, par contre pour le modèle à deux diodes, les mesures se rapprochent. Ceci permet de dire que le modèle à deux exponentielles est plus approprié pour décrire de la photopile au silicium en situation réelle.
Equation de continuité et densité des porteurs minoritaires
Description d’une photopile bifaciale au silicium
Cette photopile comprend quatre parties essentielles :
– l’émetteur de type (n+) : l’épaisseur est faible (0.5 à 1µm), elle est fortement dopée en atomes donneurs (10¹⁷ à 10¹⁹ cm-3) et recouverte d’une grille métallique qui permet de collecter les charges électriques photocrées.
– La zone de charge d’espace : cette zone est caractérisée par un champ électrique intense qui sépare les paires électron-trou qui arrivent à la jonction.
– La base de type (p) : elle est de grande dimension (300 à 400 µm) et peu dopée en atomes accepteurs (10¹⁵ à 10¹⁷ cm-3). C’est la zone de prédominance des phénomènes de génération, diffusion et recombinaison.
– Le BSF (back surface Field) : c’est la zone située en face arrière de la base, surdopée en atomes accepteurs (p+) (10¹⁷ à 10¹⁹ cm-3) par rapport à la base et crée un champ électrique arrière qui renvoie vers la jonction les porteurs minoritaires photocrées près de la face arrière.
Dans le cadre de notre étude, nous ferons les approximations suivantes :
• la contribution de l’émetteur au photocourant sera négligée par rapport à celle de la base [8].
• le champ cristallin sera négligé au niveau de la base de la photopile, seule le champ électrique à la jonction sera pris en compte [9].
• On va utiliser un modèle mathématique unidimensionnel, la jonction de la photopile sera prise comme origine (x=0).
Une étude de l a photopile bifaciale, en modulation de f réquence et sous l’effet d’un magnétique appliqué, a été faite. Au cours de cette étude les expressions des densités de porteurs minoritaires, du photocourant de court circuit et de la phototension de circuit ouvert ont été établies.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
INTRODUCTION
I.1 Measurement of AC parameters of Gallium Arsenide (GaAS/Ge) solar by Impedance Spectrocopy
I.2 A new characterisation method for Solar Cell dynamic impedance
I.3 Etude comparative des modèles a une et deux diodes
I.4 Sample Thickness Dependence Of Minority Carrier Lifetime
CONCLUSION
Chapitre II : Etude théorique d’une photopile bifaciale en régime dynamique fréquentiel et sous l’effet d’un champ magnétique constant
INTRODUCTION
II-1 Equation de continuité et densité des porteurs minoritaires
II- 1-1 Description d’une photopile bifaciale au silicium
II-1-2 Equation de continuité
II- 1-3 Solution de l’équation de continuité et conditions aux limites
II-2 Densité du photocourant
II-3 Photocourant de court circuit
II-4 Phototension
II-5 Phototension de circuit ouvert
Conclusion
Chapitre III : Détermination des paramètres électriques d’une photopile bifaciale au silicium
INTRODUCTION
III-1 Schémas électriques équivalents d’une photopile
III-2 Impédance dynamique
III-3 Représentation de Nyquist
III-3.1 Éclairement par la face avant de la photopile
III-3.2 Éclairement par la face arrière de la photopile
III-3.3 Éclairement simultané des deux faces de la photopile
III-4 Diagramme de Bode
III-4.1Diagramme de Bode du module de l’impédance
III-4.1.1 Éclairement par la face avant
III-4.1.2 Éclairement par la face arrière
III-4.1.3 Éclairement simultané des deux faces
III-4.2 Diagramme de Bode de la phase de l’impédance
Conclusion
Conclusion Générale
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE MATHEMATIQUE
