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

Abstract

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.