Etude bibliographique sur la caracterisation des photopiles

Depuis le choc pétrolier des années 1970 et l’augmentation croissante de la demande énergétique à l’échelle mondiale, l’intérêt porté aux énergies renouvelables n’a cessé de croître. Parmi ces énergies renouvelables, l’énergie solaire constitue une des solutions les plus probantes par ses qualités écologiques et son autonomie avérée, de telle sorte que les générateurs photovoltaïques sont devenus un maillon incontournable dans les différents moyens de communications (le téléphone, la radio, la télévision) ou bien dans la conquête spatiale. En effet, la conversion directe de l’énergie solaire en électricité est un problème scientifiquement résolu. En 1839, le physicien français Becquerel décrivit le premier l’effet photovoltaïque et en 1912 Einstein en expliqua les mécanismes. Des rapides progrès dans ce domaine ne furent enregistrés qu’aux années 1950 par les Laboratoires Bell qui fabriquèrent les premières photopiles au silicium cristallin de rendement 4% à partir de tirage Czochralski [1].

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LA CARACTERISATION DES PHOTOPILES

En effet, à travers une méthode de simulation des performances des photopiles, ils développent deux de détermination des paramètres appelées : un modèle à une exponentielle et un autre à deux exponentielles. Dans le premier modèle à une exponentielle (modèle à une diode) décrit par l’équation de la diode modifiée de Shockley, les auteurs tiennent compte d’un facteur de qualité de la diode pour expliquer l’effet des recombinaisons dans la région de la zone de charge d’espace. Pour le deuxième modèle à deux exponentielles (modèle à double diodes), la deuxième diode permet de prendre en compte l’effet de recombinaison de la zone de charge d’espace. Le modèle à une exponentielle est particulièrement imprécis lorsqu’il s’agit de décrire le comportement des photopiles sous des faibles et moyens niveaux d’éclairement. Il ressort que l’application du modèle à une exponentielle aux caractéristiques I-V des photopiles obtenues à faible niveau d’éclairement peut avoir comme conséquence des valeurs de résistance série très erronées.

“Silicon solar cell recombination parameters determination using the illuminated I – V chacarateristic

Il s’agit de déterminer les paramètres de recombinaison d’une photopile monofaciale soumise à un éclairement multispectral constant. La vitesse de recombinaison à la jonction est présentée comme ayant deux parties : la première Sf0 qui représente les pertes dues aux états d’interface la seconde Sfi qui est fixée par la charge externe et définit le point de fonctionnement. La densité de courant est présentée comme une fonction de calibration de la longueur de diffusion. Son intersection avec la densité de courant de court-circuit expérimentale donne la longueur de diffusion effective Leff des porteurs minoritaires de charge dans la base de la photopile. Les courbes théorique et expérimentale de phototension de circuit ouvert sont représentées en fonction de la vitesse de recombinaison à la jonction. Leur intersection conduit à la vitesse de recombinaison intrinsèque Sf0 des porteurs minoritaires de charge à la jonction.

“Diffusion capacitance identification of PV cells”

Dans ce travail l’auteur présente quelques résultats expérimentaux obtenus au moyen d’une nouvelle technique de détermination des paramètres des photopiles. Il s’est agit essentiellement dans cet article de la détermination de la capacité de diffusion d’une photopile. Par cette technique, la photopile est soumise à une oscillation de fréquence sonore autour de n’importe quel point de fonctionnement. A partir de la tension et du courant prélevés de la photopile, un algorithme sous des logiciels courants permettent d’obtenir, tous les paramètres du circuit. Des mesures faites à différentes fréquences donnent des résultats conforment au modèle du circuit utilisé aussi. La dépendance exponentielle de la capacité de diffusion en fonction de la tension à la jonction, définie par la théorie pour une jonction P-N idéal a été également confirmée.

“Silicon solar cell space charge region width determination by a study in modelling” 

Cet article présente une étude d’une photopile monofaciale sous éclairement multispectral constant. La capacité de diffusion associée à cette zone de charge d’espace a été étudiée en fonction de la vitesse de recombinaison à la jonction Ss et de la phototension Vph aux bornes de la photopile selon le modèle de déplétion de Shockley. De même l’élargissement de la zone de charge d’espace a été présenté. En effet, après la résolution de l’équation de continuité des porteurs minoritaires de charge en excès dans la base et des conditions aux limites définies à la jonction (émetteurbase) et en face arrière (base-collecteur), les auteurs présentent une étude de la densité relative des porteurs minoritaires en fonction de la profondeur x de la base pour différentes valeurs de la vitesse de recombinaison Sf. Ils montrent ainsi que cette densité croît avec la vitesse Sf. Ce qui les a permis se songer à un élargissement de la zone de charge d’espace.

Se-CdO photovoltaic cells

Dans des cellules photovoltaïques Se-CdO, la longueur de diffusion Ln des électrons dans la couche abondante de sélénium a été déterminée à partir de la mesure de capacité C et du photocourant sous illumination monochromatique par variation de la polarisation inverse appliquée. Si la lumière incidente utilisée à une longueur d’onde correspondant à la largeur de la bande interdite, la courbe de la différence ΔI entre les courants sous éclairement et à l’obscurité en fonction de 1/C, pour une certaine gamme de valeurs de la polarisation, donne une ligne droite. L’extrapolation de cette droite jusqu’à l’axe 1/C donne Ln. Les mesures de capacité et de ΔI sur ces cellules montrent que la longueur de diffusion augmente avec la température du matériau, ce qui indique que l’amélioration de la performance des cellules est due à une meilleure collecte des électrons dans la couche de sélénium.

“Method for measurement of all recombinaison parameters in the base region of solar cells” 

L’étude de l’effet du champ magnétique sur une cellule photovoltaïque soumise à un éclairement par la face arrière, montre que le photocourant diminue lorsque l’intensité du champ magnétique augmente. Ainsi, une méthode simple de mesure des paramètres de recombinaison dans la base a été développée. Dans la détermination des paramètres de recombinaison des porteurs minoritaires de charge (électrons), seul le courant de courtcircuit sans et avec champ magnétique et pour deux longueurs d’onde différentes, est considéré.

“Measurement of the minority carrier mobility in the base of heterojunction bipolar transistors using a magnetotransport method”

Les auteurs présentent dans cet article, une méthode de détermination du coefficient de diffusion et par conséquent la mobilité des porteurs minoritaires de charge photogénérés dans la base en fonction de l’intensité du champ magnétique. Une méthode dite « geometrical magnetoresistance (GMR) » est appliquée sur un transistor bipolaire à hétérojonction (heterojunction bipolar transistor, HBT) pour déterminer la mobilité en mesurant le courant qui est fonction de l’intensité du champ magnétique appliqué perpendiculairement.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
BIBLIOGRAPHIQUES DE L’INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1. INTRODUCTION
I.2. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LA CARACTERISATION DES PHOTOPILES
I.3. CHAMP MAGNETIQUE DANS LE SYSTEME SOLAIRE
I.3.1. DEFINITION
I.3.2. CHAMP MAGNETIQUE A LA SURFACE DE LA TERRE
I.3.3. CHAMP MAGNETIQUE SUR LES AUTRES PLANETES
I.4. CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES DU CHAPITRE I
CHAPITRE II : ETUDE THEORIQUE DE LA PHOTOPILE BIFACIALE
II.1. INTRODUCTION
II.2. PRESENTATION DE LA PHOTOPILE BIFACIALE
II.3. ETUDE DE L’EFFET DU CHAMP MAGNETIQUE SUR LE COEFFICIENT ET LA LONGUEUR DE DIFFUSION
II.3.1. EFFET DU CHAMP MAGNETIQUE SUR LE COEFFICIENT DE DIFFUSION
II.3.1.1. Expression du coefficient de diffusion
II.3.1.2. Profil du coefficient de diffusion
II.3.2. LONGUEUR DE DIFFUSION
II.4. ETUDE DE LA DENSITE DES PORTEURS MINORITAIRES EN EXCES DANS LA BASE
III.4.1. TAUX DE GENERATION DES PORTEURS
II.4.2. RECOMBINAISONS DES PORTEURS
II.4.2.1 RECOMBINAISON EN VOLUME
a.). Recombinaison radiative
b. ) Recombinaison de type Auger
c.). Recombinaisons de type Shockley-Read-Hall
d.). Recombinaison dans les émetteurs
II.4.2.2. Recombinaison en surface
II.4.3. Conditions aux limites
II.4.4. Vitesses de recombinaison
II.4.4.1. Vitesse de recombinaison à la jonction Sf
II.4.4.2. Vitesse de recombinaison en face arrière Sb
II.4.3. ETUDE DE DENSITE DES PORTEURS MINORITAIRES EN EXCES
II.3.1. Résolution de l’équation de continuité
a.) Résolution de l’équation sans second membre
b.) Résolution de l’équation avec second membre
II. 3. 2. PROFILS DES DENSITES DE PORTEURS MINORITAIRES EN EXCES DANS LA BASE
II. 4. 5.4. Profils de la densité des porteurs minoritaires de charge en fonction de la profondeur x de la base et de la vitesse de recombinaison Sf(j)
II. 5. CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES DU CHAPITRE II
CHAPITRE III : DETERMINATIONS DES PARAMETRES ELECTRIQUES PHENOMENOLOGIQUES DE LA PHOTOPILE
III.1. INTRODUCTION
III.2. ETUDE DES DENSITES DE PHOTOCOURANT DANS LA BASE
III. 3. ETUDE DES VITESSES DE RECOMBINAISON INTRINSEQUES
III.3.1. VITESSE DE RECOMBINAISON INTRINSEQUE A LA JONCTION SF0α
III.3.2. VITESSE DE RECOMBINAISON EN FACE ARRIERE SB0α
III. 4. ETUDE DE LA DENSITE DE PHOTOCOURANT DE COURT- CIRCUIT
III. 5. ETUDE DE LA PHOTOTENSION AUX BORNES DE LA PHOTOPILE
III.5.1. EXPRESSION DE LA PHOTOTENSION AUX BORNES DE LA PHOTOPILE
III.5.2. PROFILS DE LA PHOTOTENSION AUX BORNES DE LA PHOTOPILE
III.5.3. PROFILS DE LA PHOTOTENSION AUX BORNES DE LA PHOTOPILE EN FONCTION DE CHAMP MAGNETIQUE B ET DE LA VITESSE DE RECOMBINAISON SF(J)
III. 5. 4. PHOTOTENSION DE CIRCUIT OUVERT
III.6. COURANT DE DIODE
II.6.1. EXPRESSION DU COURANT DE DIODE
II.6.2. PROFILS DU COURANT DE DIODE EN FONCTION DU CHAMP MAGNETIQUE ET DE LA VITESSE DE RECOMBINAISON
III. 7. CARACTERISTIQUES COURANT-TENSION DE LA PHOTOPILE
III.8. FACTEUR DE FORME
III. 9. ETUDE DE LA PUISSANCE
III.9.1. EXPRESSION DE LA PUISSANCE
III. 9.4. CARACTERISTIQUE PUISSANCE-TENSION
III. 10. ETUDE DU RENDEMENT DE CONVERSION
I.11. CONCLUSION
CONCLUION GENERALE

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