Soutenance mémoire
Le substrat polycristallin est obtenu à partir du silicium de bonne qualité électronique [6]. Le procédé de fabrication consiste en une fusion puis dopage du silicium fondu par du g az phosphine ou du diborane. Après cette phase, on pr ocède à une recristallisation progressive du silicium dopé. C’est à cette phase de recristallisation que se produisent des défauts ponctuels dans le substrat polycristallin. Parmi les principaux défauts inhérents à c e matériau, on not e les joints de grain et les sous joints de gr ain. Ainsi, il est nécessaire de clarifier l’influence des vitesses de recombinaison aux joints de grain ainsi que la taille de grain sur les propriétés de la photopile en générale et de sa capacité en particulier.
les défauts cristallographiques relatifs aux joints de grain
Par définition un joint de grain est le lieu de contact de deux cristaux de même nature mais désorientés l’un par rapport à l’autre.
Caractérisation des joints de grain
La structure du joint de grain dépend de son axe de rotation et de la translation entre les origines des deux réseaux en jonction ainsi que de la géométrie de leur interface. On distingue : Le joint de torsion si la rotation s’effectue autour d’un axe perpendiculaire au plan de l’interface ; Le joint de flexion si l’axe de rotation est contenu dans le plan du joint ; Le joint quelconque qui est la résultante des deux précédentes. Toutefois, ces joints de grain deviennent des sous joints de grain si la désorientation est faible (angle de rotation < 10⁰) .
Au niveau de c es joints de gr ain existent des vitesses de r ecombinaison [8] des porteurs de c harges minoritaires en ex cès dans la base. Ce qui diminue considérablement le rendement de la photopile. Aussi, le nombre de joints de grain est proportionnel à la taille des grains. Par suite, nous pouvons élucider l’effet de cette dernière sur les vitesses de recombinaison à la jonction et à la face arrière.
Quasi three-dimensionnal simulation for thin film polycrystalline silicon solar cells
Dans cet article, les auteurs présentent une étude sur les couches minces. Le modèle de cellule solaire adopté est celui d’une cellule solaire polycristallin. Ainsi, le modèle colonnaire établi est celui d’une structure polycristalline à grains cylindriques de diamètre de l’ordre de 5 μm. Chaque cylindre est considéré comme une photopile bifaciale du type n+ -p-p+ dont la face avant est couvert par une grille métallique sur 5% de s a surface. Le r este de l a cellule est couvert par une couche antiréfléchissante. Ce modèle impose l’utilisation des coordonnées cylindriques pour la simulation mathématique.
Ainsi, dans leur étude à trois dimensions, les auteurs de cet article ont démontré que les caractéristiques de l a cellule solaire sont tributaires de l a vitesse de recombinaison aux joints de g rain Spg, de la taille de gr ain, de l a vitesse de recombinaison à la surface Sps, et de la longueur de diffusion. Les auteurs ont montré que pour les cellules solaires d’épaisseur 20 μm et de vitesse de recombinaison à la surface Sps = 10 cm³ .s-1, on distingue :
➤ Pour une longueur de diffusion Ln = 17 μm, le courant de court-circuit Jsc , la tension de circuit ouvert et le rendement de la cellule sont constants lorsque les vitesses de recombinaison aux joints de gr ain Spg sont inférieures à 10³ cm/s (Spg < 10³ cm/s). Ainsi, pour cette gamme de v itesse de recombinaison à la jonction, le rendement de la cellule est de l’ordre 13% ;
➤ Pour une longueur de diffusion Ln = 500 μm, le courant de court-circuit Jsc , la tension de circuit ouvert et le rendement de la cellule sont constants lorsque les vitesses de r ecombinaison aux joints de gr ain Spg sont inférieures à 10³ cm/s (Spg < 10³ cm/s). Toutefois le rendement optimal est atteint lorsque la vitesse de recombinaison aux joints de grain est de 10² cm/s. sa valeur est entre 17% et 18%.
De même, pour une taille de grain fixée à 10 μm et les vitesses de recombinaison à la surface et aux joints de grain fixées à 10³ cm/s, le profil du rendement en fonction de la longueur de diffusion a montré que celui-ci est constant lorsque la longueur de diffusion est supérieure à 50 μm. Ce rendement constant de la cellule est de l’ordre de 15%. Il est aussi obtenu lorsque l’épaisseur de la cellule est de 5 μm ou de 10 μm. Par ailleurs, la longueur de diffusion de la cellule a été déterminée par la méthode de la réponse spectrale. Ainsi, pour une couche mince d’épaisseur 20 μm, la longueur de diffusion est de 10 μm.
3D modelling of a reverse cell made with improved multicristalline silicon wafers
Dans cet article, les auteurs présentent une phot opile multicristalline sous éclairement monochromatique par sa face arrière. Le substrat polycristallin est composé de plusieurs grains de formes et de t ailles différentes. C’est pourquoi, ils utilisent un model colonnaire où le grain aura la forme d’un parallélépipède pour simplifier les calculs. Parallèlement à c e model, les hypothèses suivantes ont été apposées : Les joints de grain sont perpendiculaires à la jonction ; Les vitesses de recombinaison aux joints de grain sont négligeables dans l’émetteur qui est surdopé et au niveau de la zone de charge d’espace. La surface qui reçoit le rayonnement est recouverte d’une couche anti-reflet ; La résistance série est prise en compte et les résistances de contact sont négligées.
silicon solar cell space charge region width determination by a study in modelling
Dans cet article, les auteurs présentent une étude en modélisation de la capacité de la photopile bifaciale au silicium monocristallin en régime statique sous éclairement polychromatique. L’étude est faite en adoptant un modèle à une dimension. La résolution de l’équation de continuité et les conditions aux limites à la jonction et à la face arrière, établies en f onction des vitesses de r ecombinaison, ont permis de déterminer l’expression de la densité des porteurs de charges minoritaires en excès dans la base. Par suite, les profils de la densité relative des porteurs en fonction da la profondeur de la base ont montré, d’une part, que l orsque la vitesse de r ecombinaison à la jonction augmente le maximum de cette densité se déplace en profondeur dans la base. Ceci traduit un él argissement de l a zone de charge d’espace lorsque la photopile est sous éclairement. Ainsi, les auteurs en ont déduit que la capacité de la photopile est fonction de la vitesse de recombinaison à la jonction Sf.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I: ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
Introduction
I-1- les défauts cristallographiques relatifs aux joints de grain
I-1-1- Caractérisation des joints de grain
I-1-2- Effet des joints de grain sur la vitesse de recombinaison intrinsèque à la jonction Sf0
I-1-3- Effet des joints de grain sur la vitesse de recombinaison à la face arrière
I-2- Quasi three-dimensionnal simulation for thin film polycrystalline silicon solar cells
I-3- 3D modelling of a reverse cell made with improved multicristalline silicon wafers
I-4- silicon solar cell space charge region width determination by a study in modelling
I-5- Capacitance voltage characterization of poly Si-SiO2-Si structures
I-6- Déplacement des armatures d’un condensateur plan
Conclusion
CHAPITRE II : ETUDE DE LA DENSITE DES PORTEURS DE CHARGES MINORITAIRES EN EXCES DANS LA BASE
Introduction
II-1- Description de la photopile monofaciale au silicium
II-2- Résolution de l’équation de continuité
II-3- Etude du profil de la densité des porteurs minoritaires de charge en excès dans la base
II-3-1- Etude du profil de la densité des porteurs de charges minoritaires en excès en fonction de la profondeur z de la base : Effet de l’angle d’incidence de l’éclairement sur la photopile
II-3-2- Etude de la densité des porteurs de charges minoritaires en excès en fonction de la profondeur de la base : effet de la taille de grain
II-3-3- Etude de la densité des porteurs de charges minoritaires en excès en fonction de la profondeur de la base : effet de la vitesse de recombinaison aux joints de grain
CONCLUSION
CHAPITRE III : ETUDE DE LA CAPACITE DE LA PHOTOPILE
INTRODUCTION
A°) Etude de la capacité de la zone de charge d’espace de la photopile par variation de la vitesse de recombinaison à la jonction
A-1- Etude de la capacité de la photopile en fonction de la vitesse de recombinaison à la jonction pour différentes valeurs de l’angle d’incidence de l’éclairement sur la photopile
A-2- Etude de la capacité de la photopile en fonction de la vitesse de recombinaison à la jonction : effet de la taille de grain
A-3- Etude de la capacité de la photopile en fonction de la vitesse de recombinaison à la jonction : effet de la vitesse de recombinaison aux joints de grain
A-4- Détermination de la capacité de la photopile sous obscurité
A-5- Etude du rendement de la capacité de la photopile
A-5-1- Effet de la taille de grain sur le rendement de la capacité de la photopile
A-5-2- Effet de la vitesse de recombinaison aux joints de grain sur le rendement de la capacité de la photopile
A-5-3- Effet de l’angle d’incidence de l’éclairement sur le rendement de la capacité de la photopile
B°) Etude de l’extension de la zone de charge d’espace
B-1- Etude de la capacité de la photopile en fonction du maximum de porteurs de charges minoritaires en excès dans la base
B-2– Effet de l’angle d’incidence de l’éclairement sur l’élargissement de la zone de charge d’espace
B-3– Effet de la taille de grain sur l’élargissement de la zone de charge d’espace
B-4– Effet de la vitesse de recombinaison aux joints de grain sur l’élargissement de la zone de charge d’espace
B- 5 – Etude du rendement de la capacité de la photopile
B-5-1 Effet des vitesses de recombinaison aux joints de grain sur le rendement de la capacité de la photopile
B-5-2 Effet de la taille de grain sur le rendement de la capacité de la photopile
B-5-3 Effet de l’angle d’incidence de l’éclairement sur le rendement de la capacité de la photopile
Conclusion
Conclusion Générale
