Etude par simulation numérique d’une cellule solaire en a-Si:H/µc-Si:H multijonction.

Abstract

Le travail de cette thèse a porté sur l’étude des cellules solaires en silicium en couche mince basées sur les concepts de double et triple jonctions à l’aide du logiciel Silvaco-Atlas. Nous avons d'abord étudié une cellule solaire à double jonction composée de deux sous-cellules, à savoir, la jonction a-Si:H (en haut) et la jonction µc-Si: H (en bas) empilées en série et connectées optiquement et électriquement par une jonction de recombinaison tunnel (TRJ) (c'est-à-dire n-µc-Si: H / p-µc-Si: H). Le développement et la conception de la TRJ ont été abordés en détail dans nos travaux de recherche. Les effets des paramètres tels que les concentrations en dopants et l'épaisseur de la TRJ sur la cellule solaire à double jonction sont ensuite étudiés. Les résultats simulés démontrent que le courant de court-circuit, la tension en circuit ouvert, le facteur de forme et le rendement de la cellule à double jonction sont améliorés en augmentant la concentration des donneurs de la TRJ. D'autre part, la concentration des accepteurs et l'épaisseur de la TRJ réduisent principalement le courant de court-circuit, le facteur de forme et le rendement alors que la tension en circuit ouvert varie légèrement. Cette étude montre un fort processus de recombinaison dans la TRJ, le rendement de conversion le plus élevé de 12.73% pour une TRJ optimale avec des concentrations de donneur, d'accepteur et d'épaisseur de 1020 cm-3, 4x1019 cm-3 et 10 nm, respectivement lorsque le pic du taux de recombinaison est approximativement situé au milieu de la couche p de la TRJ où les quasi-niveaux de Fermi sont proches les uns des autres. Ensuite, nous avons étudié une cellule solaire en couche mince à triple jonction avec une cellule supérieure en a-Si:H, une cellule intermédiaire en silicium amorphe hydrogéné au germanium (a-SiGe:H) et une cellule inférieure en µc-Si:H. Le rendement de conversion initial de la cellule solaire à triple jonction est de 15.79%. L'optimisation de la cellule solaire à triple jonction des épaisseurs des sous-cellules supérieure, intermédiaire et inférieure pour l'adaptation de courant, conduisant à un rendement de conversion élevé de 16.95%. Une optimisation supplémentaire avec de larges bandes interdites des sous-cellules du haut, du milieu et du bas conduit également à un rendement de conversion amélioré jusqu'à 18.25%. La performance de la cellule solaire à triple jonction dépend fortement de la densité de défaut de la cellule solaire supérieure en a-Si:H, en diminuant la concentration des liaisons pendantes dans la cellule solaire supérieure en a-Si:H, le rendement de conversion de la cellule solaire à triple jonction est amélioré jusqu'à 20.3%. L'étude globale sur les cellules solaires à triple jonction en a-Si:H/a-SiGe:H /µc-Si:H rapportée dans ce travail peut être utilisée pour l’optimisation et le développement des cellules solaires à triple jonction en a-Si:H/a-SiGe:H/µc-Si:H de haut rendement.