Soutenance mémoire
The LAMELLA Silicon Solar Cell (La photopile solaire au silicium de LAMELLE)
Dans cet article, l’auteur présent un nouveau concept de photopile solaire à jonction verticale dont la structure est constituée de lamelles. L’objectif de son 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. Ces lamelles de 250 µm de profondeur observées dans ces types de photopiles sont obtenues par voie mécanique à l’aide d’une scie découpant équipée d’une lame très mince de 15 µm de largeur, et qui crée des fentes profondes de 170 µm dans la partie inférieure de la photopile. Ces lamelles ont des largeurs variant de 50 µm à 100 µm selon la nature mono ou polycristalline des cellules. Ces photopiles de LAMELLE ont révélé des rendements de l’ordre de 15.9% avec le silicium monocristallin muni d’une simple couche antireflet ARC. Nous distinguons deux modèles de conceptions de cellules de LAMELLE qui sont différentes en structure et en métallisation : Dans la première structure les grilles en forme de doigts se trouvent sur des plateaux (fig. I-1). Pour rendre plus performante la collection 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 affilés des lamelles (fig. I-2). Dans ce cas l’espacement de ces doigts, peut être changé suivant la taille des lamelles (plus élevées et plus basses) puisque seules les plus élevées seront métallisées. L’affilage des lamelles exige une nouvelle étape de gravure par passage à l’acide fort ou une deuxième étape de la lame sciante biseautée. Les lamelles sur les figures (I-1) et (I-2) sont affilées mécaniquement tandis que celles de la figure (I-3) sont gravées à l’acide fort. L’inconvénient de la longue durée de gravure à l’acide fort est l’amincissement extrême des lamelles et de la largeur élevée des fentes. Les cellules subissent un ordre de traitement spécifique pour la diffusion de l’émetteur et la passivation extérieure pour éliminer les dommages causés par la gravure.
Ces cellules subissent une nouvelle étape de traitement par photolithographie superficielle (SAP), une technique consistant à exposer la cellule à la lumière suivant un angle par rapport à l’ombre d’une lamelle. C’est une étape qui permet de couvrir la cellule avec de l’oxyde par voie thermique pour le silicium monocristallin et passivation mince le silicium polycristallin. L’auteur dans son travail a étudié l’effet de l’épaisseur des couches, la durée d’exposition de la cellule à la lumière et le développement de la résistance du matériau utilisé. Cette étude lui a permis de trouver l’angle le plus approprié pour optimiser le rendement de la cellule.C’est avec cette technique que les photopiles de LAMELLE monocristallines et poly cristallines ont été conçues.
Cellules à jonction verticale connectées en parallèle
Pour une modélisation simple des paramètres de la photopile, les auteurs émettent les hypothèses suivantes
➤ pas de recombinaisons à la face avant et en face arrière.
➤ pas de réflexion sur les surfaces.
➤ les recombinaisons à la zone de charge d’espace sont négligeables. [20]
➤ le taux de génération est fonction de la profondeur z, une diffusion unidirectionnelle des porteurs minoritaires en excès est considérée. Cela leur permet de faire une modélisation simple des paramètres de la photopile .
Dans cet article, les auteurs développent une méthode de détermination de la mobilité des porteurs minoritaires de charge dans la base d’un transistor bipolaire à hétérojonction (HBT) de type InP/GaInAs. Ceci par mesure de la variation du courant induit dans la base par un champ magnétique appliqué perpendiculaire à la direction du courant directement lié au coefficient de diffusion de ces porteurs photocréés dans la base. La durée de passage des porteurs dans la base des transistors bipolaires d’hétérojonction (HBTs) est principalement déterminée à partir de leur mobilité. Il est donc important de trouver la valeur de cette mobilité afin d’estimer correctement la durée de passage dans la base. Dans cette étude les auteurs démontrent aussi que la mobilité des électrons dans la base d’un transistor HBT peut être obtenue par mesure du courant qui traverse la base en fonction de l’intensité du champ magnétique perpendiculairement appliqué suivant le déplacement des électrons. En fait, l’analyse des résultats expérimentaux présentés ici est peu semblable au cas des mesures géométriques de la magnétorésistance (GMR). Cependant la mobilité des porteurs minoritaires expérimentalement obtenue par la méthode GMR est extraite à partir du changement de la résistance détectée.
Les parties d’une monocellule d’une photopile à jonction verticale
➤ L’émetteur de type n+ : l’épaisseur est faible (0.5 à 1µm) elle est fortement dopée en atome donneur : (10¹⁷ à 10¹⁹) et recouvrent d’une grille métallique qui permet de collecter les charges électriques photo-crées . Cette partie de la cellule est ainsi appelée face avant de la photopile et peut recevoir de la lumière incidente.
➤ Une base : cette partie est dopée (10¹⁵ à 10¹⁷) en atomes accepteurs (atomes de bore : 3 électrons de valence). Mais son épaisseur est beaucoup plus important que celle de l’émetteur .Elle peut s’élever jusqu’à 400µm.Etant de type p, cette partie de la structure présente un défaut d’électron (porteur minoritaire) . L’étude caractéristique de la cellule portera essentiellement sur cette partie qui est la zone de prédominance des phénomènes d’absorption, de génération, de recombinaison et de diffusion.
➤ Jonction Emetteur Base (zone de charge d’espace) : Entre les deux zones du semi-conducteur dopés différemment (émetteur de type n et la base de type p), il existe une jonction où règne un champ électrique intense. Ce champ permet de séparer les paires électrons-trous qui arrivent à la jonction.
➤ LES BSF (back surface Field) de type p : C’est la zone située en phase arrière de la base, elle est sur dopée en atome accepteur (10¹⁷ à 10¹⁹ atome par cm3 ) par rapport à la base. Cela induit l’existence d’un champ électrique arrière qui permet de renvoyer vers l’interface émetteur-base les porteurs minoritaires générés prés de face arrière.
|
Table des matières
Introduction Générale
Chapitre I : Etude Bibliographique
Introduction
I.2 The LAMELLA Silicon Solar Cell (La photopile solaire au silicium de LAMELLE)
I.3 Cellules à jonction verticale connectées en parallèle
I.4 Measurement of the minority carrier mobility in the base of heterojunction bipolar transistors using a magnetotransport method (Mesure de la mobilité des porteurs minoritaires de charge dans la base d’un transistor bipolaire à hétérojonction par la méthode de magnétotransport)
I-2 Method for measurement of all recombination parameters in the base region of solar cells (Méthode de mesure des paramètres de recombinaison dans la base d’une photopile solaire)
I-3 characteristic for bifacial silicon solair cell under a magnetic field [48](Caractéristique I-V d’une photopile bifaciale au silicium en présence d’un champ magnétique)
I-4 Bifacial silicon solar cell space charge width determination by a study in modelling: effect of the magnetic field
(Etude en modélisation de la zone de charge d’espace d’une photopile bifaciale au silicium : effet du champ magnétique)
I.5 The effect of electric and magnetic fields on the operation of a photovoltaic cell
I-6 Silicon solar cell under electromagnetic wave in steady state : effet of the telecommunication source’s power of radiation (Photopile au silicium sous onde électromagnétique constant : effet de la puissance de radiation des sources de télécommunication)
CONCLUSION
Chapitre II∶ Etude théorique de la photopile à jonction verticale série au silicium monocristallin sous éclairement polychromatique et sous champ magnétique
Introduction
II.1 Présentation de la photopile
II.1.1 Présentation de la photopile à jonction verticale série
II.1.2 Une monocellule de la photopile à jonction verticale
II.1.3 Les parties d’une monocellule d’une photopile à jonction verticale
II.2 Etude de l’effet du champ magnétique sur le coefficient de diffusion et la longueur de diffusion
II.2.2 Expression du coefficient de diffusion
II.2.1. Etude de l’effet du champ magnétique sur le coefficient de diffusion
II.2.4 Longueur de diffusion
II.2.4.1 Expression de la longueur de diffusion
II.2.4.1 Profil de la longueur de diffusion
II.4 Taux de génération
II.4.1 Equation de continuité
II.4.2 Résolution de l’équation de continuité sans second membre
II.4.3 Résolution de l’équation de continuité avec second membre
II.4.4 Conditions aux limites
II.5 Profil de la densité des porteurs minoritaires en excès dans la base en fonction de l’épaisseur pour différentes valeurs du champ magnétique
II.5.1 Lorsque que la photopile en situation de circuit ouvert
II.5.2 Lorsque la photopile est en situation de court-circuit
II.6. Profil de la densité des porteurs minoritaires en excès dans la base en fonction de l’épaisseur pour différentes valeurs de la profondeur
II.6.1 Lorsque la photopile fonctionne en situation de circuit ouvert
II.6.2 Lorsque la photopile fonctionne en situation de court-circuit
II.7. Etude de la densité de photocourant
II.7.1 Expression de la densité de photocourant
II. 8. Phototension
II- 8- 1- Profil de la phototension en fonction de la vitesse de recombinaison sous l’effet du champ magnétique
II- 9- Caractéristique I-V sous effet du champ magnétique
II- 10- Résistance série
II- 11- Résistance shunt
II- 12- Capacité
Conclusion
CONCLUSION GENERALE
Références
