| Titre : | Simulation numérique des caractéristiques électriques d’une cellule solaire p-i-n à puits quantiques à base de mixture d’aluminium et d’arséniure de galium |
| Auteurs : | Samira Laznek, Auteur ; Afak Meftah., Directeur de thèse |
| Type de document : | Thése doctorat |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2019 |
| Format : | 1 vol. (323 p.) / 30 cm |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Cellule solaire,Puits quantiques,Efficacité de conversion,p-i(MQW)-n. |
| Résumé : |
L’un des facteurs qui limite l’efficacité des cellules solaires est leur incapacité à absorber les photons de faible énergie. Parmi les nouvelles approches pour réduire ces pertes et améliorer l’efficacité, on utilise ce qu’on appelle les MQW Multiple Quantum Wells à l’intérieur de la région intrinsèque d’une cellule solaire p-i-n de semiconducteur à énergie de bande interdite plus large (barrière). Dans ce travail, nous avons développé un programme de simulation dans MATLAB, afin de déterminer : l’effet de l’introduction de puits quantiques dans la région intrinsèque de la cellule solaire, les hauteurs (via la fraction molaire Al) et les largeurs des puits, ainsi que des technologies (dopage de l’émetteur et de collecteur) sur les paramètres de caractéristiques électriques, les paramètres externes de la cellule et la réponse spectrale. Après notre simulation, on a obtenu des résultats comme suivant : l’insertion des puits de GaAs améliore le rendement de conversion d’une part, et l’extension du spectre d’absorption vers les basses énergies tout en améliorant la réponse spectrale de la cellule conventionnelle d’autre part. Quand comparant 30 couches de AlGaAs / GaAs multiple puits quantiques cellule solaire avec cellules solaires p-i-n. Le courant de court-circuit dans les résultats de la simulation augmente de 6,65mA /cm2 à 13,91mA /cm2. De plus, la limite la bande d’absorption de l’énergie inférieure s’étend de 700 nm jusqu’à 850 nm. On a constaté qu’un effet considérable sur les la cellule a été obtenue avec la variation de la profondeur et de la largeur des puits, des hauteurs et des largeurs de barrière et de la vitesse de recombinaison de l'interface barrière- puits. Les densités de dopage, cependant pour les régions émetteur et de collecteur ont un léger effet. Pour minimiser les pertes par réflexion et améliorer les performances des cellules solaires, nous ajoutons une couche antireflet de ZnS, qui augmente le rendement quantique considérablement. Finalement, la cellule optimisée a atteint un rendement de conversion de 32% avec une densité de courant de court-circuit de 33,84 mA / cm2 et une tension de circuit ouvert de 1,08 V. |
| Sommaire : |
Remerciement Introduction générale ………………………………………………..…………………….1 Chapitre I : Les cellules photovoltaïques ............................................................................5 I.1 Introduction ....................................................................................................................5 I.2 Histoire du photovoltaïque .............................................................................................5 I.3 Le rayonnement solaire ..................................................................................................7 I.3.1 Le soleil ....................................................................................................................7 I.3.2 Spectre solaire ..........................................................................................................9 I.3.3 L’air masse .............................................................................................................10 I.3.4 Le rayonnement direct et le rayonnement global ...................................................12 I.4 Interaction matière rayonnement ..................................................................................12 I.4.1 Absorption .............................................................................................................12 I.4.2 Génération-Recombinaison ...................................................................................14 I.4.2.1 Recombinaison radiative .................................................................................14 I.4.2.2 Recombinaison Auger .....................................................................................15 I.4.2.3 Recombination Shockley Read Hall (SRH) ....................................................16 I.4.2.4 Durée de vie volumique ..................................................................................17 I.4.2.5 Recombinaison en surface...............................................................................17 I.5 Principe de fonctionnement d’une cellule solaire ........................................................18 I.5.1 Cellules solaires à structure p/n .............................................................................18 I.5.2 Phénomènes de pertes et limitation du rendement PV ..........................................20 I.5.3 Cellules solaires à structure p-i-n ...........................................................................21 I.5.4 Cellule solaire a multi-puits quantique p-i(MQW)-n ............................................22 I.6 Caractéristiques (J-V) d’une cellule solaire .................................................................24 I.6.1 Le modèle de calcul de la cellule PIN ...................................................................24 I.6.2 Caractéristiques (J-V) d’une cellule solaire à multi-puits quantique .....................25 I.6.2.1 La densité de courant de court-circuit ........................................................27 I.6.2.2 La tension de circuit-ouvert .......................................................................27 I.6.2.3 La puissance maximale ..............................................................................28 I.6.2.4 Le facteur de forme ....................................................................................28 I.6.2.5 Le rendement de conversion de puissance .................................................28 I.7 Efficacité quantique ..................................................................................................29 Chapitre II : Propriétés des matériaux utilisés .................................................................31 II.1 Introduction ...........................................................................................................31 II.2 Définition des semi-conducteurs III-V ..................................................................31 II.3 Propriétés du composé GaAs et de l’alliage AlGaAs ............................................31 II.3.1 Structure cristallographique .............................................................................31 II.3.2 Propriétés électroniques...................................................................................33 II.4 Discontinuité de bandes aux hétérojonctions "offset" ΔEC ..................................39 II.4.1 Puits quantiques de type I ................................................................................39 II.4.2 Puits quantiques de type II ..............................................................................39 II.4.3 Puits quantiques de type III .............................................................................39 II.5 Ingénierie énergétique : effets de taille quantique .................................................40 II.5.1 Principe ............................................................................................................40 II.6 Les hétéro structures ..............................................................................................42 II.6.1 Structure à multi-puits quantiques ...................................................................42 II.6.1.1 Description ...................................................................................................42 II.6.1.2 Puits quantiques ...........................................................................................44 La densité d’état ..................................................................................................47 II.6.2 Super-réseaux de puits quantiques ..................................................................49 Les effets excitonique ……………….……………………………………………………..50 II.6.2.1 Propriétés optiques .......................................................................................52 II.7 L’épitaxie par Jets moléculaires pour l’hétéro structures III-V .............................54 Chapitre III : Modèle semi-analytique du transport électronique dans les cellules solaires à puits quantiques Introduction 56 Le semi-conducteur ...............................................................................................56 III.2.1 Le semiconducteur à l’équilibre thermodynamique ........................................56 III.2.1.1 Semi-conducteur intrinsèque ....................................................................58 III.2.1.2 Semi-conducteur extrinsèque ...................................................................59 III.2.2 Semi-conducteur hors équilibre .......................................................................60 III.2.2.1 Courants dans le semi-conducteur ...........................................................60 III.3 Homojonction ............................................................................................................62 III.4 Hétérojonction ...........................................................................................................63 III.4.1 Photo-courant ......................................................................................................65 III.4.2 Courant d’éclairement pour une lumière monochromatique dans une cellule solaire à puits quantique (MQW) III.4.2.1 Courant dans la région quasi-neutre P ..........................................................68 III.4.2.2 Courant dans la région quasi-neutre N .........................................................70 III.4.2.3 Courant dans la région de charge d’espace ..................................................72 III.4.2.4 Photo-courant total .......................................................................................72 III.5 Facteurs influents sur les performances de la cellule solaire : ...................................72 III.5.1 Passivation des faces avant et arrière de la cellule .............................................72 III.5.2 Couche antireflet : ...............................................................................................73 III.5.3 Modélisation et simulation de coefficient d’absorption ......................................76 III.6 Méthodes numériques ................................................................................................78 III.6.1 Méthode des Différences Finis (MDF) ...............................................................79 III.6.2 Méthode des Eléments Finis (MEF) ...................................................................79 III.6.3 Méthode des Volumes Finis (MVF) ...................................................................80 III.7 Méthodes numériques de discrétisation .....................................................................80 III.7.1 Méthode des Volumes Finis dans le cas unidimensionnel ..................................81 III.7.1.1 Formulation unidimensionnelle de l’équation de Poisson ............................81 III.7.1.2 Résolution des équations algébrique ............................................................83 III.7.1.3 Formulation unidimensionnelle de l’équation de Schrödinger par la MVF .84 III.7.1.4 Résolution de l’équation de Schrödinger .....................................................85 III.7.2 Résolution analytique et numérique de l’équation de continuité : ......................86 III.7.2.1 Densités de courant des porteurs minoritaires (photo courant généré) : ......86 III.7.2.1.1 Equation de continuité des électrons dans la région P .........................86 III.7.2.1.2 Expression de l’équation de continuité dans la région P |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/id/eprint/4469 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| TPHY/77 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
