| Titre : | Modélisation des Cellules Solaires en Tandem à base de Pérovskite/Kësterite |
| Auteurs : | Djahida Bouzidi, Auteur ; Nora Amele Abdeslam, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2023 |
| Format : | 1vol(54) |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Pérovskite, Kësterite, CZTS, FASnI3 MAPbI3, Tandem, Modélisation bidimensionnelle, Silvaco ETL, HTL |
| Résumé : |
La technologie prometteuse des cellules solaires tandem intéressée notamment à augmenter l'efficacité de la conversion électrique. Les cellules solaires tandem à base de pérovskite / kësterite représentent une approche innovante afin d’atteindre les meilleures performances photovoltaïques possibles. Dans ce cadre de recherche, le Silvaco Atlas, un logiciel de simulation physique bidimensionnel est utilisé pour reproduire les phénomènes physiques qui se passent réellement dans les matériaux.
L'accent est d'abord mis sur la cellule solaire supérieure à base de pérovskite par étude de deux matériaux spécifiques : FASnI3 dopé de Br et MAPbI3. L’efficacité obtenue de la cellule FASnI3 est 5.67 % avec Jsc de 9.79 mAcm-2 et Voc de .1.03 Volt. Ces résultats sont proches aux études expérimentales. La cellule solaire en MAPbI3 (0.65μm) a des meilleures caractéristiques pour le SnO2 (0.05μm) comme ETL et le Cu2O (0.05μm) HTL. L’épaisseur 0.65μm de l’absorbeur a permis un rendement considérablement important surtout sous rayonnement solaire du spectre AM1.5. Cette épaisseur est rentable car elle diminue l’effet de la zone de charge d’espace ZCE ou les électrons photogénérées auront le temps de contribuer à l’excitation d’autres électrons du matériau avant d’être collectées par les contacts. L’efficacité dans ce cas est de 18.49 % surtout en considérant les vitesses de recombinaison surfaciques et la réflexion arrière avec Jsc de 20.47 mAcm-2 et Voc de .1.12 Volt. Ensuite, les cellules solaires kestérite, plus spécifiquement CZTS (Cu2ZnSnS4) ont été investigué selon divers aspects tels que l'effet du type de matériau du substrat (Mo, MoSe,WSe), l'effet d’introduire la couche surface arrière (CZTSe et CZGeS) qui induit un potentiel assistant au trous, l'effet du type de matériau de la couche ETL(ZnS vis-à-vis CdS) et l'effet de l'épaisseur ainsi que le type de la couche de fenêtre (AZO, ZnO, FTO). L’efficacité obtenue dans le cas FTO (0.1μm) / ZnS(0.05μm)/ CZTS(2μm)/ Mo est 15.27 % avec Jsc de 25.66 mAcm-2 et Voc de 0.91 Volt. Puis, les cellules pérovskite supérieur et kësterite inferieur de meilleurs performances ont etes adoptes pour l’empilement du tandem à quatre terminaux (4TT) est proposée : (Au)-SnO2 (0,05 μm)/MAPbI3 (0,65 μm) cathode) /CuO (0,05 μm)-anode (Au)). / Cathode (Au)-AlZnO (0,1 μm) / ZnS (0,05 μm) / Cu2ZnSnS4 (2,0 μm) /Mo-anode (Ag). Les résultats conquis avec cette structure sont satisfaisants par rapport aux recherches actuelles, avec un rendement de conversion électrique global de 33.65 %. Ces résultats prometteurs mettent en évidence le potentiel des cellules solaires tandem à base de pérovskite/kestérite en tant que solution d'énergie solaire efficace. |
| Sommaire : |
Remerciement ..................................................................................................................................... 3
Dédicace ..................................................................................................................................... 4 Liste des figures ..................................................................................................................................... 7 Liste des tableaux ................................................................................................................................ 10 Résumé ................................................................................................................................... 11 Abstract ................................................................................................................................... 12 Introduction Générale ......................................................................................................................... 14 Chapitre I : Généralités sur les cellules photovoltaïques ................................................................ 20 Introduction ........................................................................................................................... 20 Les composants photovoltaïques-Principe de fonctionnement ............................................. 20 Le rayonnement solaire atteignant la surface terrestre .......................................................... 22 Limites de Shockley-Queisser pour la conversion photovoltaïque ....................................... 23 I.4.1 Absorption incomplète du rayonnement solaire et thermalisation .................................... 23 I.4.2 Pertes par recombinaisons des porteurs de charges ........................................................... 25 I.4.3 Pertes résistives ................................................................................................................. 27 I.4.4 Pertes optiques ................................................................................................................... 29 Les propriétés électriques de la cellule photovoltaïque ......................................................... 29 I.5.1 Caractéristiques courant-tension ....................................................................................... 29 I.5.2 Réponse spectrale .............................................................................................................. 33 Structure standard d’une cellule photovoltaïque ................................................................... 35 La structure Tandem (Multi-jonction .................................................................................... 37 I.7.1 Principe du Tandem ........................................................................................................... 38 I.7.2 Architectures de cellules Tandem possibles ...................................................................... 38 I.7.3 Exemple d’un tandem à base de silicium cristallin ........................................................... 40 Chapitre II : Cellules photovoltaïques à base de Pérovskite et de Kësterite .................................. 43 Introduction : ......................................................................................................................... 43 Pérovskite : ............................................................................................................................ 43 II.2.1 Matériaux pérovskite ..................................................................................................... 43 II.2.2 Propriétés optoélectroniques de la pérovskite ............................................................... 44 II.2.3 Les inconvénients de pérovskites- stabilité et phénomène d’hystérèse ......................... 47 II.2.4 Cellules solaires a base des pérovskites ........................................................................ 48 II.2.5 L’architecture des interfaces.......................................................................................... 50 6 Kësterite : ............................................................................... 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II.3.1 Matériau kësterite .......................................................................................................... 55 II.3.2 La structure cristalline et son aspect .............................................................................. 56 II.3.3 Structure des kësterites et stannites ............................................................................... 58 II.3.4 Structure de la cellule solaire en films minces à base de kësterite ................................ 59 II.3.5 Propriétés électriques et défauts : .................................................................................. 61 II.3.6 Aperçu des problèmes rencontrés dans les cellules solaires CZTS : ............................. 62 Chapitre III : Résultats et discussion .......................................................................................... 64 Introduction ........................................................................................................................... 64 Modélisation de transport à travers l’hétérojonction ............................................................. 65 III.2.1 Le transport de porteurs ................................................................................................. 65 III.2.2 Recombinaison et génération ........................................................................................ 66 III.2.3 Mobilité et contacts ....................................................................................................... 69 La cellule solaire supérieur (pérovskite) ............................................................................... 71 III.3.1 L'Iodure d'Etain et de Formamidinium dopé par Bromure (Br-FASnI3) ....................... 71 III.3.2 Le Iodine de Plomb de Methylammonium (MAPbI3) ................................................... 74 La cellule solaire inférieur Kësterite ..................................................................................... 83 III.4.1 L’effet du type de matériau de substrat ......................................................................... 83 III.4.2 L’effet de l’épaisseur de la couche surface arrière ........................................................ 87 III.4.3 L’effet du type de matériau de la couche ETL .............................................................. 90 III.4.4 L’effet de l’épaisseur de la couche fenêtre .................................................................... 92 La structure tandem ............................................................................................................... 93 Conclusion Générale ........................................................................................................................... 97 Références ................................................................................................................................. 101 Liste des |
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| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| MPHY/638 | Mémoire master | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
