Etude et simulation d’une cellule solaire à base de InGaN

Abstract

La conversion d’énergie lumineuse en énergie électrique n’est pas totale, différentes pertes viennent influencer le rendement d’une cellule. Elles sont dans la plus part des cas dues à la nature du matériau et à la technologie utilisée. Parmi les nouveaux matériaux considérés prometteurs pour le photovoltaïque, l’alliage InGaN étudié intensément depuis plus d’une dizaine d’années. Depuis le début des années 2000, il est étudié pour le photovoltaïque grâce a son coefficient d’absorption élevé ,a son bonne tolérance aux rayonnements, et à son large direct et modulable gap d’énergie interdite pouvant couvrir le spectre solaire de l’infrarouge à l’ultraviolet. Nous avons effectué dans ce mémoire la simulation numérique des caractéristiques électriques, courant-tension et rendement quantique externe, d'une cellule solaire p-n à base d’InGaN pour une concentration d’indium de 65%. par le logiciel SCAPS. On a fait également une étude de l’effet de dopage, l’épaisseur, la durée de vie des porteurs minoritaires, la vitesse de la recombinaison en surface, la température et les pièges profond sur les caractéristiques électrique de la cellule qui sont : la tension de circuit ouvert (𝑉co), la densité de courant de court-circuit (𝐽c𝑐), le facteur de forme (𝐹𝐹), le rendement de conversion (𝜂) et le rendement quantique(EQE). Les résultats obtenus par la simulation sont les suivants : J𝒄𝒄=𝟑4.46 (𝒎𝑨/𝒄𝒎𝟐), 𝑽𝒄𝒐=𝟎.884𝑽, 𝑭𝑭=81.98% et 𝜼=24.98 %, qui sont proche à ceux trouvés dans la littérature [54]. Comme conclusion, on a trouvé que:  L'augmentation de l’épaisseur de l’émetteur améliore le rendement électrique de la cellule et le rendement quantique au niveau du longueur d'ondes longues.  L’augmentation de l’épaisseur de base améliore aussi le rendement électrique et quantique de la cellule.  l'augmentation du dopage de la base entraine une augmentation dans la tension de circuit ouvert (Vco) et par conséquent une augmentation dans le rendement.  L’augmentation du dopage de l’émetteur entraine une augmentation dans la tension de circuit ouvert(Vco) et par conséquent une augmentation dans le rendement.  La diminution de la vitesse de recombinaison en surface de contact avant améliore le rendement électrique, et le rendement quantique externe(EQE) au niveau du longueurs d’onde courtes. La diminution de la vitesse de recombinaison en surface de contact arrière améliore aussi le rendement de conversion et une augmentation dans le rendement quantique externe(EQE) au niveau de longueurs d’onde longues.  l'augmentation de la durée de vie des porteurs minoritaires augmente le rendement de conversion électrique et le rendement quantique externe(EQE).  L'augmentation de la température cause une diminution de rendement électrique et le rendement quantique externe(EQE).  L'augmentation de la densité du piège profond cause une diminution de rendement électrique et le rendement quantique externe(EQE).