Soutenance mémoire
Le problème énergétique a toujours été l’une des préoccupations majeures des Hommes .En effet, depuis les ères les plus reculées de l’histoire, l’homme n’a jamais cessé de faire des recherches en vue d’améliorer ses ressources énergétiques. C’est ainsi qu’il se serve progressivement d’objets de plus en plus élaborés aux énergies les plus sophistiquées telles que l’énergie nucléaire, l’énergie des marrées …Mais avec la crise énergétique de 1973, la nécessité de développer d’autres sources énergétiques a vu le jour. En ce sens, dans la plupart des pays Africains où l’énergie est importée et où le revenu est faible, l’exploration de nouvelles sources d’énergies devient plus qu’une nécessité. C’est ainsi que l’énergie solaire et dans le même ordre d’idée, l’énergie photovoltaïque se présente comme une alternative. Avec la découverte de la première cellule photovoltaïque par les laboratoires BELL en 1954, l’énergie photovoltaïque se présente sous de bons auspices. La photopile assure la conversion de l’énergie du rayonnement électromagnétique en énergie électrique.
De nos jours, elle se présente comme l’une des alternatives aux énergies fossiles tarissables et qui sont de plus en plus abandonnées du fait de leurs effets néfastes sur l’environnement. L’énergie solaire présente aussi d’autres avantages car c’est une source renouvelable et les photopiles sont très pratiques pour les sites ensoleillés. Il est donc important de poursuivre les recherches sur les énergies renouvelables et en particulier sur les photopiles Notre contribution porte sur l’étude de l’effet du champ magnétique sur une photopile bifaciale au silicium éclairée en lumière monochromatique. A travers cette étude nous suivrons l’effet de ce champ sur la densité de photocourant, de phototension et sur la vitesse de recombinaison pour ensuite tracer les caractéristiques courant-tension et déterminer les paramètres electriques de la photopile.
La mobilité des porteurs minoritaires dans la base d’un transistor bipolaire à hétérojonction (HBT) InP/GaInAs est obtenue par la mesure du c ourant de la base induit par un champ magnétique appliqué perpendiculairement à la circulation du courant. La mobilité ainsi obtenue est en accord avec celle trouvée p ar la méthode de <<zéro Field time of flight technique>> (ZTOF) Le temps de transit dans la base de transistor bipolaires à hétérojonction est essentiellement déterminé par la mobilité des porteurs minoritaires dans la base. Par sa mesure, on détermine la mobilité des porteurs minoritaires.
Influence d’un champ magnétique sur le photocourant de la base
L’étude suppose la base de type p d’une bifaciale éclairée par une lumière monochromatique de sorte que le photocourant soit majoritairement celui des électrons In; les électrons ainsi photogénérés seront collectés par la jonction p-n. S sous l’influence du champ magnétique B parallèle à l a surface de la jonction p-n, les porteurs minoritaires diffuse suivant des trajectoires déformées, ce qui entraîne une baisse de la longueur effective de diffusion. Aussi, l’étude suppose-t-elle les dimensions de la surface éclairée très grande par rapport à la longueur de diffusion des porteurs minoritaires de sorte que ces derniers n’atteignent les bords de la photopile.
ETUDE THEORIQUE DE LA PHOTOPILE BIFACIALE PLACEE DANS UN CHAMP MAGNETIQUE SOUS ECLAIREMENT MONOCHROMATIQUE
Présentation de la photopile bifaciale
Description
Une photopile bifaciale comprend en général trois parties :
❖ Un émetteur de très faible épaisseur (inférieur à 1μm) qui est fortement dopé en atomes donneurs de l’ordre de 10¹⁷ à 10¹⁹ cm. Elle est recouverte d’une grille collectrice des porteurs de charges photogénérés.
❖ Une base très importante pouvant atteindre 400 µm et moins dopée en accepteurs (10¹⁵ à 10¹⁷ cm-3) dont la partie externe est surdopée ; elle sert de miroir aux porteurs de charges générés : ce sont des photopiles à champ arrière encore appelées photopile B.S.F (Back Surface Field) Une grille collectrice recouvre les faces avant et arrière.
❖ Une zone de charge d’espace (Z.C.E) o ù règne un champ électrique i ntense qui sépare les pairs électrons- trous crées ;
Fonctionnement
Sous l’effet d’une excitation (optique ou électrique) des porteurs de charges sont générés dans la base de la photopile. Les porteurs minoritaires ainsi générés peuvent traverser la zone de charge d’espace et ils participent au courant externe, ou bi en, ils subissent des recombinaisons. Ces dernières étant dues à des défauts (joints de grains, impuretés d’atomes …) liés à la fabrication de la photopile.
Détermination des paramètres électriques : Rsh et Rs
Résistance shunt
A partir de la caractéristique courant-tension de la photopile, nous pouvons remarquer qu’au voisinage du court-circuit, la photopile se comporte comme un générateur de courant car le courant débité est pratiquement indépendant de la tension à ses bornes. Pour une photopile idéale, cette partie de la caractéristique est parfaitement horizontale car le courant débité constant quelque soit la tension appliquée à ses bornes. En réalité pour une photopile non ideale, il existe un courant de fuite généralement faible qui cause une petite variation du courant débité par la photopile lorsque sa tension aux bornes varie, ce qui traduit la présence d’une charges interne au sein de la photopile,qu’on appelle résistance de fuite ou résistance shunt correspondant à une grande valeur de la vitesse de recombinaison à la jonction.
Resistance série
Comme pour la résistance shunt, nous partons de la caractéristique courant-tension de laphotopile .On note qu’au voisinage du circuit- ouvert, la tension aux bornes de la photopile est pratiquement indépendante du courant débité. La photopile s e comporte alors comme un générateur de tension puisque sa caractéristique courant- tension n’est pas identique à une droite verticale. Ce qui explique la présence d’une résistance interne due à la résistivité du matériau polycristallin qui n’est rien d’autre que la résistance série de la photopile.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES
I.1 MEASUREMENT OF THE MINORITY CARRIER MOBILITY IN THE BASE OF HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTOR USING A MAGNETOTRANSPOR METHOD
I.2 METHOD FOR MEASUREMENT OF ALL RECOMBINATION PARAMETERS IN THE BASE REGION OF SOLAR CELLS
I.2.1 Influence d’un champ magnétique sur le photocourant de la base
I.2.2 Méthode de mesure des paramètres de recombinaison
CONLUSION
CHAPITRE II : ETUDE THEORIQUE DE LA PHOTOPILE BIFACIALE PLACEE DANS UN CHAMP MAGNETIQUE SOUS ECLAIREMENT MONOCHROMATIQUE
II.1 PRESENTATION DE LA PHOTOPILE BIFACIALE
II.1.1 Description
II.1.2 Fonctionnement
II.2 DENSITE DES PORTEURS GENERES DANS LA BASE SUIVANT TROIS MODES D’ECLAIREMENT
II.2.1 Expression de la densité de courant
II.2.2 Equation de continuité en régime statique des porteurs minoritaires dans le champ magnétique
II.2.3 Résolution de l’équation de continuité
II.2.4 Comportement du coefficient de diffusion et de la longueur de diffusion dans le champ magnétique
II.2.5 Profil des porteurs photogénérés dans la base sous l’effet du champ magnétique
II.3 DENSITE DE PHOTOCOURANT
II.3.1 Expression de la densité de photocourant pour les trois modes d’éclairement
II.3.2 Profil de la densité de photocourant sous l’effet d’un champ magnétique
II.4 VITESSE DE RECOMBINAISON A LA FACE ARRIERE DE LA BASE
II.4.1 Expressions des vitesses de recombinaisons
II.4.2 Variation de la vitesse de recombinaison Sbm avec le champ magnétique
II.5 PHOTOTENSION POUR LES TROIS MODES D’ECLAIREMENT SOUS L’EFFET D’UN CHAMP MAGNETIQUE
II.5.1 Expression de la phototension
II.5.2 Variation de la phototension en fonction de SF
CHAPITRE III : ETUDE DES CARACTERISRIQUES I-V ET DETERMINATION DES PARAMETRES ELECTRIQUES : RSH ET RS
III.1 ETUDE DES CARACTERISTIQUES I-V
III.2 DETERMINATION DES PARAMETRES ELECTRIQUES : RSH ET RS
III.2.1 Résistance shunt
III.2.2 Resistance série
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
APPENDICE
BIBLIOGRAPHIE
