Généralités sur les cellules solaire

Généralités sur les cellules solaire

Techniques de texturisation

Différents procédés sont utilisés pour texturer la surface d’une cellule solaire à base du silicium. L’ensemble de ces procédés est représenté dans ce paragraphe.

Texturisation chimique ou humide (Wet texturisation)

Texturisation alcaline (basique)

Une géométrie exemplaire est une surface constituée de pyramides tétragonales inversées. Le faisceau incident perpendiculaire à la base des pyramides rencontre la surface des côtés des pyramides sous un angle, qui conduit à une deuxième réflexion vers le plan adjacent dans la pyramide, permettant une deuxième fois l’absorption de la lumière avant qu’elle ne ressorte vers l’air. La méthode de texturisation de surface actuellement connue et employée à l’échelle industrielle consiste à utiliser à température élevée une solution aqueuse alcaline à base d’hydroxyde de sodium NaOH ou de potassium KOH [5].
Ces solutions ont la propriété d’attaquer le silicium de façon anisotrope cristallographique des grains situés en surface, et ainsi modifier la morphologie de surface du silicium [5]. La vitesse d’attaque est environ cent fois plus rapide sur les plans d’orientation cristallographique <100> que sur les plans sous forme de pyramides régulières situées sur les plans d’orientation cristallographique <100> qui piègent la lumière incidente, et que l’on désigne sous le terme de « En ce qui concerne le silicium multicristallin, on estime que 20% seulement de la surface est constituée par des grains ayant cette orientation cristallographique, ce qui entraîne une efficacité moindre du traitement vis-à-vis de la réflectivité optique. C efficace que dans le cas particulier du silicium monocristallin avec une orientation cristallographique <100> qui est celle de la surface à traiter.

Texturisation acide

Une technique plus adaptée est la texturisation acide d’attaquer la surface de façon isotropique indépendamment sodium NaOH ou de potassium KOH .
Ces solutions ont la propriété d’attaquer le silicium de façon anisotrope cristallographique des grains situés en surface, et ainsi modifier la morphologie de surface du a vitesse d’attaque est environ cent fois plus rapide sur les plans d’orientation cristallographique <100> que sur les plans <111>. Il en résulte une texturisation de la surface sous forme de pyramides régulières situées sur les plans d’orientation cristallographique <100> qui piègent la lumière incidente, et que l’on désigne sous le terme de « macroEn ce qui concerne le silicium multicristallin, on estime que 20% seulement de la surface est constituée par des grains ayant cette orientation cristallographique, ce qui entraîne une efficacité vis de la réflectivité optique. Cette méthode n’est donc entièrement efficace que dans le cas particulier du silicium monocristallin avec une orientation cristallographique <100> qui est celle de la surface à traiter.
Pyramides obtenus par une Texturisation basique en utilisant une solution de KOH [7] Une technique plus adaptée est la texturisation acide (Figure II.5) qui présente l’avantage d’attaquer la surface de façon isotropique indépendamment de leur orientation cristallographique.
Technologies des cellules solaires à base de mc-si sodium NaOH ou de potassium KOH.
Ces solutions ont la propriété d’attaquer le silicium de façon anisotrope selon l’orientation.L’attaque chimique de silicium en milieu acide fluoré HF conduit à la formation d’une micro texturisation . La surface obtenue est caractérisée par la présence de trous d’un diamètre typique du dixième de micron [6]. La vitesse d’attaque est variée se la présence de défauts en surface (les dislocations). Cependant, un contrôle rigoureux de la réaction est nécessaire engendrant une opération plus lente et moins reproductible que la textu

Texturisation par Plasma

Un autre type de texturisation est la texturisation du silicium monocristallin du type n par Plasma au moyen d’un réacteur plasma CF pour des conditions optimales du procédé (paramètres du plasma et propreté de l’enceinte). L’état de surface du silicium résultant de la réaction présente un aspect spongieux de couleur noir (black Silicon). En effet la morphologie obtenue est constituée de pores grande partie de la lumière incidente. Les propriétés optiques similaires à celles des surfaces texturisées par la technique humide (acide et base).
Technologies des cellules solaires à ba

Texturisation acide d’une surface de cellule solaire

L’attaque chimique de silicium en milieu acide fluoré HF conduit à la formation d’une micro La surface obtenue est caractérisée par la présence de trous d’un diamètre typique du dixième de La vitesse d’attaque est variée selon les proportions des différents acides et ils sont accélérés par la présence de défauts en surface (les dislocations). Cependant, un contrôle rigoureux de la réaction est nécessaire engendrant une opération plus lente et moins reproductible que la texturisation basique .

Texturisation par Plasma

Un autre type de texturisation est la texturisation du silicium monocristallin du type n par Plasma au moyen d’un réacteur plasma CF4, de type cylindrique. Cette technique a été étudiée timales du procédé (paramètres du plasma et propreté de l’enceinte). L’état de surface du silicium résultant de la réaction présente un aspect spongieux de couleur noir
En effet la morphologie obtenue est constituée de pores (microcavités) qui piègent une très grande partie de la lumière incidente. Les propriétés optiques propres à ce matériau sont

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Table des matières

REMERCIEMENTS
Dédicaces
Liste des Figures
Liste des Tableaux
Introduction générale
Bibliographie
I. Chapitre I : Généralités sur les cellules solaire
I.1 Introduction.
I.2 Historique
I.3 Le rayonnement solaire et le nombre de masse
I.4 La cellule photovoltaïque
I.4.1 L’effet photovoltaïque
I.4.2 L’interaction photon/semiconducteur
I.4.3 jonction P-N
I.4.4 Les différents rendements d’une cellule photovoltaïque
I.4.4.1 Rendement quantique externe
I.4.4.2 Réponse spectrale
I.4.4.3 Rendement quantique interne
I.4.5 Recombinaison des porteurs
I.4.5.1 Recombinaison volumique
I.4.5.2 Recombinaison surfacique
I.4.6 Schéma électrique équivalent
I.4.7 Caractéristiques électriques et paramètres de la cellule photovoltaïque
I.4.8 Pertes physiques et technologiques
I.4.8.1 Pertes physiques
I.4.8.2 Pertes technologiques
I.4.9 Limitation des pertes
I.5 Les filières photovoltaïques
I.5.1 Première génération : cellules solaires au silicium cristallin
I.5.1.1 Silicium multicristallin
I.5.1.2 Silicium monocristallin
I.5.2 Deuxième génération : cellules en couches minces
I.5.2.1 Cellules amorphe
I.5.2.2 Cellules CIGS
I.5.2.3 Cellules CdTe
I.5.3 Troisième génération : cellules à haut rendement
I.5.3.1 Cellules photovoltaïques organiques
I.5.3.2 Cellules à jonctions
I.6 Conclusion
I.7 Bibliographie
II. Chapitre II : Technologies des cellules solaires à base de mc-si
II.1 Introduction
II.2 Techniques de fabrication d’une cellule photovoltaïque conventionnelle en mc-Si
II.2.1 Élaboration des lingots de Silicium Multicristallin
II.2.2 Découpe
II.2.3 Traitement de surface et texturisation
II.2.4 Formation de la jonction pn
II.2.5 Ouverture de la jonction
II.2.6 Couche antireflet et passivation de la face avant
II.2.7 Métallisation avant
II.2.8 Métallisation arrière
II.2.9 Co-firing
II.2.10 Soudures et test des cellules
II.3 Techniques de texturisation
II.3.1 Texturisation chimique ou humide (W et texturisation)
II.3.1.1 Texturisation alcaline (basique)
II.3.1.2 Texturisation acide
II.3.2 Texturisation par Plasma
II.3.3 Texturisation mécanique
II.4 Théorie de la diffusion thermique
II.4.1 Procédés de diffusion
II.4.1.1 A partir de sources gazeuses
II.4.1.2 A partir de sources liquides
II.4.1.3 A partir de sources solides
II.4.2 Équations de la diffusion
II.4.2.1 Équations de Fick
II.4.2.2 Deuxième Loi de Fick
II.4.2.3 Résolution des équations de Fick
II.4.3 Mécanismes de diffusion à l’échelle atomique
II.4.3.1 Mécanisme interstitiel
II.4.3.2 Mécanisme substitutionnel
II.4.3.3 Coefficient de diffusion
II.5 Élaborations des différentes techniques de dépôt de la couche antireflet
II.6 Les techniques de métallisation
II.6.1 La Photolithographie
II.6.2 L’évaporation sous vide
II.6.3 La Sérigraphie
II.6.3.1 Écrans
II.6.3.2 Pâte de sérigraphie
II.6.3.3 Impression
II.6.3.4 Etuvage de la pâte
II.6.3.5 Délaitage de la pâte
II.6.3.6 Cuisson des contacts
II.7 Conclusion
II.8 Bibliographie
III. Chapitre III : Simulation de la cellule conventionnelle à émetteur homogène
III.1 Introduction
III.2 Présentation du package des programmes SILVACO
III.2.1 Les outils de simulation
III.2.2 Les outils interactifs
III.3 Présentation d’ATHENA
III.3.1 Modèle de diffusion dans ATHENA
III.3.2 Modèle de diffusion avancée (Advanced Diffusion Models)
III.4 Présentation d’ATLAS
III.4.1 Fichiers d’entrées et sorties d’Atlas
III.4.2 Les composants d’Atlas
III.4.3 Logique de programmation
III.5 Simulation de la diffusion du phosphore dans le silicium sous ATHENA
III.5.1 Profil expérimental de la diffusion du phosphore dans le silicium
III.5.2 Résultats de simulation et discussions.
III.5.2.1 Effet de la température sur la diffusion
III.5.2.2 Effet de la concentration sur la diffusion
III.5.2.3 Effet du temps sur la diffusion
III.6 Simulation de la cellule conventionnelle à base de mc-Si
III.7 Conclusion
III.8 Bibliographie
IV. Chapitre IV : Simulation de la cellule à émetteur sélectif
IV.1 Introduction
IV.2 Etat de l’art des émetteurs sélectifs
IV.3 Simulation de la structure à émetteur sélectif sous ATLAS/SILVACO
IV.4 Comparaison des deux structures (émetteur sélectif et conventionnel)
IV.5 Optimisation de la structure à émetteur sélectif
IV.6 Conclusion
IV.7 Bibliographie
Conclusion Générale