Cellule solaire en Silicium cristallin de type n et effet des paramètres technologiques sur ses performances

Abstract

Ce travail présente les résultats de simulation des paramètres photovoltaïques et des caractéristiques électriques d’une cellule solaire p+nn+ en silicium cristallin à l’aide du logiciel TCAD ("Technology Computer Aided Design") Silvaco à deux dimensions (2D). L’outil ATLAS de ce logiciel est employé pour la simulation de la structure de la cellule solaire, les caractéristiques électriques et la réponse spectrale de celle-ci. Les caractéristiques J-V sous éclairement AM 1.5 sont simulées ainsi que le rendement quantique externe (RQE). Le rendement de conversion (η) calculé est de 16.86% et les autres paramètres caractéristiques simulés : la tension en circuit ouvert (Vco) est de 0.69 V, la densité du courant de court circuit (Jcc) est de 29.45 mA/cm² et le facteur de forme (FF) est de 0.82 pour la cellule de structure p+nn+ avec une couche antireflet (CAR) en Nitrure de Silicium Si3N4. Dans le but de mettre en évidence l’importance de la CAR sur la face supérieure de la cellule solaire, une comparaison a été faite entre deux cellules, l’une sans CAR et l’autre avec une CAR en Si3N4. Une amélioration nette des paramètres électriques et de la réponse spectrale est observée dans le domaine des longueurs d’ondes allant de 0.2 à 1.2 μm pour la cellule solaire avec une CAR en Si3N4. Le rendement de conversion trouvé est passé de 13.53 % dans une cellule sans CAR à 16.86 % pour une cellule avec une CAR en Si3N4. Le rôle de la couche n+ dans la cellule solaire est aussi étudié, une amélioration est notée dans les paramètres photovoltaïques. Le rendement de conversion est passé de 15.52 % dans une cellule sans couche n+ à 16.86 % pour une cellule avec une couche n+ ainsi qu’une amélioration de la réponse spectrale. L’épaisseur de cette couche a un effet négligeable sur les caractéristiques électriques tandis que son dopage fait croitre les caractéristiques électriques et la réponse spectrale de la cellule solaire.