Les cellules photovoltaïques en silicium PDF Download
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Author: Nicolas Richet
Publisher: EDP Sciences
ISBN: 9782759818273
Category :
Languages : fr
Pages : 209
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Book Description
L'énergie photovoltaïque est aujourd'hui en plein essor. La part issue des panneaux solaires dans la production d'électricité est de plus en plus importante et connaître le fonctionnement physique et les moyens de production d'une cellule solaire en silicium devient inévitable dans ce domaine. Ce livre présente le mécanisme électronique régissant l'absorption d'un rayon lumineux par le silicium et la propagation du courant créé, en introduisant entièrement la théorie de la jonction p-n. L'auteur décrit dans une deuxième partie les transformations successives d'une plaquette en silicium en cellule solaire. Enfin, dans une troisième partie, les améliorations pour augmenter le rendement des cellules sont exposées et permettent de mieux comprendre comment la filière photovoltaïque se transforme. Destiné à des étudiants, ingénieurs et chercheurs, ce livre permet d'avoir une vue très complète sur les cellules solaires en silicium.
Author: Nicolas Richet
Publisher: EDP Sciences
ISBN: 9782759818273
Category :
Languages : fr
Pages : 209
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Book Description
L'énergie photovoltaïque est aujourd'hui en plein essor. La part issue des panneaux solaires dans la production d'électricité est de plus en plus importante et connaître le fonctionnement physique et les moyens de production d'une cellule solaire en silicium devient inévitable dans ce domaine. Ce livre présente le mécanisme électronique régissant l'absorption d'un rayon lumineux par le silicium et la propagation du courant créé, en introduisant entièrement la théorie de la jonction p-n. L'auteur décrit dans une deuxième partie les transformations successives d'une plaquette en silicium en cellule solaire. Enfin, dans une troisième partie, les améliorations pour augmenter le rendement des cellules sont exposées et permettent de mieux comprendre comment la filière photovoltaïque se transforme. Destiné à des étudiants, ingénieurs et chercheurs, ce livre permet d'avoir une vue très complète sur les cellules solaires en silicium.
Author: MOHAMED. BESSAIS BEN RABHA (BRAHIM.)
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9786131581083
Category :
Languages : fr
Pages : 116
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Au cours de ce travail, nous avons utilisé le silicium polycristallin pour la fabrication de cellules photovoltaïques à faible coût. Nous avons étudié aussi l'effet que produit la formation d'une couche de silicium poreux (SP) sur les caractéristiques des cellules PV fabriquées. Le silicium poreux a été élaboré par la méthode d'attaque chimique en phase vapeur (ACPV). Une analyse détaillée du rendement quantique basée sur la décomposition spectrale nous a permis d'extraire les paramètres géométriques et cinétiques de la cellule. Nous avons montré, pour la première fois, qu'on peut produire par ACPV de silicium une poudre blanche (PB) spongieuse non adhérente. La formation de cette poudre a rendu possible de faire des gravures sélectives sur la surface des substrats de silicium Cette technique de gravure nous a ouvert de nouveaux horizons aussi bien dans le micro-usinage du silicium utilisé dans les composants électroniques que dans la réalisation de cellules solaires efficientes.
Author: Romain Champory
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 165
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Book Description
Les cellules photovoltaïques en couches minces de silicium cristallin sont des candidates prometteuses pour les développements futurs de l'industrie photovoltaïque, au travers des réductions de coûts attendues et des applications dans les modules souples. Pour devenir compétitive, la filière des couches minces de silicium monocristallin doit se différencier des filières classiques. Elle est donc généralement basée sur l'épitaxie de couches de haute qualité puis sur le transfert de ces couches vers un support mécanique pour terminer la fabrication de la cellule et réutiliser le premier substrat de croissance. Le but de cette thèse est de trouver les associations technologiques qui permettent de réaliser des cellules photovoltaïques en couches minces et ultra-minces de silicium monocristallin à haut-rendement. Les travaux présentés s'articulent selon deux axes principaux : le développement et la maîtrise de procédés technologiques pour la fabrication de cellules solaires en couches minces et l'optimisation des architectures de cellules minces haut-rendement.Dans ce cadre de travail, les développements des techniques de fabrication ont d'abord concerné la mise au point de procédés de transfert de couches minces : une technologie basse température de soudage laser et un soudage par recuit rapide haute température. Afin d'augmenter le rendement de conversion, nous avons développé des structurations de surface utilisant les concepts de la nano-photonique pour améliorer le pouvoir absorbant des couches minces. Avec une lithographie interférentielle à 266 nm et des gravures sèches par RIE et humides par TMAH (Tetramethylammonium Hydroxide), nous pouvons réaliser des cristaux photoniques performants sur des couches épitaxiées de silicium. Finalement, nous avons pu concevoir des architectures optimisées de cellules solaires minces à homo-jonction de silicium et à hétéro-jonction silicium amorphe / silicium cristallin plus performantes électriquement, grâce aux outils de simulation électro-optique. Notre approche théorique nous a aussi conduits à expliciter les phénomènes électriques propres aux couches minces, et à démontrer tout le potentiel des cellules photovoltaïques minces en silicium monocristallin.
Author: Maïlys Grau
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les cellules photovoltaïques en couches minces de silicium cristallin sont des candidates prometteuses pour réduire le prix du watt-crête de l'énergie photovoltaïque, grâce à une très faible utilisation de silicium de haute pureté. Dans notre cas, les couches actives de silicium sont supportées par des substrats, de bas coût et compatibles avec les conditions de haute température nécessaires à une croissance cristalline rapide et de bonne qualité des couches. La société S'TILE développe ces substrats, par frittage à partir de poudres de silicium, et en recristallisant les plaquettes ainsi obtenues. Le but de cette thèse est de valoriser ce substrat pour l'industrie photovoltaïque et de démontrer qu'il est adapté à la fabrication de cellules solaires à bas coût et rendement élevé. Ces travaux utilisent le procédé d'épitaxie de silicium, qui est central pour fabriquer des cellules minces. Ils s'articulent autour de deux axes principaux. Le premier est la fabrication de cellules solaires et leur optimisation sur des substrats de référence monocristallins. Dans ce cadre, de nombreuses voies ont été explorées : l'utilisation de réflecteurs de Bragg en silicium poreux, l'optimisation du dopage de l'émetteur, la formation de gradients de dopage dans la base et l'utilisation de structures à émetteur en face arrière. Ces études ont permis d'évaluer le potentiel de ces différentes voies ; des résultats prometteurs pour l'amélioration du rendement de conversion des cellules sur couches minces ont été obtenus. Le second axe de la thèse est la fabrication de cellules sur les substrats frittés préparés par S'TILE et l'application des moyens développés dans le cadre du premier axe pour améliorer ces cellules. Les rendements encoura-geants obtenus ont ainsi démontré la faisabilité de cellules solaires sur les substrats réalisés par le procédé de frittage à bas coût développé par la société S'TILE.
Author: Félix Gérenton
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Languages : fr
Pages : 159
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Le coût de fabrication des modules photovoltaïques est un point critique pour implanter l'énergie solaire dans le mix énergétique. L'un des moyens d'abaisser ce coût est la réduction de l'épaisseur de silicium utilisé pour la fabrication des cellules photovoltaïques. Il est techniquement possible de produire des cellules photovoltaïques en silicium cristallin d'une épaisseur de quelques dizaines de micromètres d'épaisseur seulement, bien que cela représente un défi à la fois pour le procédé de fabrication de telles cellules et pour leur optimisation. Celle-ci est différente des cellules d'épaisseur conventionnelle notamment par le besoin d'un piégeage optique et d'une passivation de surface de haut niveau. Cet aspect sera étudié au travers de deux structures : un réflecteur en face arrière de la cellule, et un procédé de texturisation innovant pour limiter la gravure du silicium de la cellule, déjà mince. Enfin, l'implantation du réflecteur dans des cellules photovoltaïques sera traitée. L'optimisation du réflecteur considéré pour des cellules minces en silicium cristallin a montré de très bonnes propriétés réfléchissantes et de passivation de surface, ainsi qu'une compatibilité avec l'ensemble des étapes du procédé de fabrication. Ensuite, la texturisation avancée développée dans ce travail a montré un gain potentiel important en photogénération pour des cellules de faible épaisseur. La caractérisation de ces structures a montré des performances optiques et électriques comparables à l'état-de-l'art. Enfin, la fabrication de cellules photovoltaïques d'épaisseur standard utilisant le procédé développé pour les cellules minces a montré le gain du réflecteur développé pour la face arrière par rapport à une structure classique de cellule. De plus, la réalisation de ces cellules avec le procédé destiné aux cellules minces a permis d'établir que les étapes non-standard du procédé sont compatibles avec l'obtention de cellules photovoltaïques performantes.
Author: Thibaut Desrues
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Languages : fr
Pages : 188
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Cette thèse explore une nouvelle voie pour améliorer le rendement des cellules solaires à base de silicium cristallin. Cette nouvelle approche utilise la technologie des hétérojonctions a-Si:H / c-Si (Si-HJ) appliquée sur des structures à contacts en face arrière interdigités (IBC). Les dispositifs combinant ces deux technologies (Si-HJ IBC) peuvent théoriquement atteindre des rendements supérieurs à 25 % avec un procédé entièrement à basse température (≤ 200°C). Dans cette étude, les cellules solaires sont fabriquées sur des substrats c-Si de type n de 25 cm2. Les procédés de fabrication utilisés sont potentiellement adaptés à une industrialisation (PECVD, pulvérisation, sérigraphie, LASER, masques métalliques). Des couches a-Si:H ultra-minces (entre 5 et 30 nm) dopées sont utilisées pour réaliser les zones d’émetteur et de BSF en face arrière des cellules solaires. Des matériaux a-Si:H, a-SiNx:H, a-SiCx:H et ITO sont également étudiés pour des applications comme couches de passivation et / ou anti-reflet. Pour fabriquer les cellules Si-HJ IBC, différentes couches sont localisées à l’aide de masques métalliques structurés et alignés mécaniquement. Le plus haut rendement atteint par les dispositifs Si-HJ IBC réalisés atteint ici 12.7%. Il s’agit, à notre connaissance, du meilleur résultat obtenu au niveau mondial par ce genre de structures sur du c-Si de type n. Les performances des dispositifs expérimentaux restent principalement limitées par une faible valeur de FF. Des modélisations 2D des structures Si-HJ IBC montrent que la conception de l’émetteur et de son contact en face arrière peut entraîner des limitations à la fois sur ce FF mais également sur le Jcc. Ces phénomènes peuvent être attribués à une résistance série « distribuée » importante sur les cellules Si-HJ IBC. Différentes perspectives d’amélioration sont proposées, au niveau de la géométrie de la structure principalement. Ces optimisations devraient permettre à la fois une simplification des cellules Si-HJ IBC ainsi que l’augmentation de leur rendement.
Author: Thomas Schutz-Kuchly
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Languages : fr
Pages : 207
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Ce travail étudie le potentiel du silicium de type n purifié par voie métallurgique pour la fabrication de cellules photovoltaïques à bas coût. Les teneurs élevées en dopants conduisent à des gammes de résistivités larges et faibles, ainsi qu’à une diminution de la durée de vie des porteurs de charge.La fabrication de cellules photovoltaïques a permis d’obtenir des rendements de conversion variant de 13.7% à 15.0% sur 148.6cm2. Avec un procédé de fabrication amélioré, des rendements de 16.0% pourraient être obtenus. La résistivité des plaquettes a été identifiée comme facteur limitant les performances des cellules. Le co-dopage au gallium a été proposé pour augmenter la gamme de résistivité.Les cellules photovoltaïques réalisées montrent une excellente stabilité sous illumination et de faibles coefficients en température de la tension de circuit-ouvert. Ces travaux de thèse ont permis de définir le potentiel du silicium de type n purifié par voie métallurgique et de définir les spécifications nécessaires initiales au niveau de la charge à purifier pour permettre la fabrication de cellules photovoltaïques efficaces.
Author: Sylvain De Vecchi
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Languages : fr
Pages : 0
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Cette thèse est axée sur la fabrication et l'optimisation d'une nouvelle structure permettant théoriquement d'améliorer les performances des cellules à base de silicium cristallin. Cette nouvelle architecture de cellule utilise la technologie des hétérojonctions de silicium a-Si:H/ c-Si (Si-HJ) appliquée sur des structures à contacts interdigités en face arrière (IBC). Le potentiel de rendement des cellules IBC Si-HJ est supérieur à 25%, mais leur fabrication nécessite une localisation des couches de a-Si:H de dopage différent et de leurs métallisations. L'intégration de ces étapes dans un procédé simplifié utilisant des techniques industrielles (PECVD, pulvérisation, sérigraphie et laser) a été étudiée. De plus, une structure obtenue sans séparation entre le BSF et l'émetteur est présentée, permettant de réduire le nombre d'étapes de fabrication. Les avantages ainsi que les limites liés à cette architecture simplifiée ont été illustrés du point de vue expérimental et par simulation. Dans le cadre de ces travaux, le rendement maximum atteint sur les dispositifs IBC Si-HJ simplifiés de 25cm2 est de 19% (substrats de type n), ce qui constitue le 3e meilleur résultat au niveau mondial. Les performances des cellules restent encore limitées par l'absorption des couches de a-Si:H utilisées pour la passivation de la face avant, et par la conductivité des couches dopées en face arrière. De nombreuses pistes d'amélioration sont explorées dans cette étude. Un procédé de métallisation innovant a également été élaboré pour le passage sur des substrats de grande taille (150cm2). Il permet de limiter les pertes résistives tout en offrant de la flexibilité au niveau de la géométrie des contacts. La mise en module de cellules ayant ce design de métallisation a ensuite été étudiée, et un module de 4 cellules IBC Si-HJ a pu être fabriqué.
Author: Djicknoum Diouf
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Languages : fr
Pages : 150
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Book Description
Les cellules silicium à hétérojonctions et à structure interdigitée en face arrière résultent de la combinaison d'une architecture innovante (structure à contacts arrières) et de la technologie silicium à hétérojonction silicium cristallin (c-Si)/ silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) ayant un potentiel bien au delà de 20 % de rendement. Ce type de cellules possède un réel potentiel pour suivre les deux grandes tendances du marché photovoltaïque pour augmenter la production à savoir la réduction drastique des coûts de fabrication ( 1€/Wc) et l'obtention de hauts rendements ( 20 %). Les recherches effectuées au cours de cette thèse ont consisté à mettre en place un modèle pour simuler et étudier le fonctionnement de ce type de cellules. Pour ce travail, nous avons utilisé le simulateur numérique ATLAS de Silvaco originellement destiné à la communauté de la microélectronique pour étudier le fonctionnement des cellules photovoltaïques silicium à hétérojonctions. Ce travail a permis de mettre en place un modèle permettant d'étudier et de déterminer l'influence des différents paramètres aussi bien électriques que géométriques dans le fonctionnement des cellules interdigitées à hétérojonctions. La passivation de la surface avant de c-Si, la passivation des hétéro-interfaces c-Si/a-Si:H et un substrat c-Si de bonne qualité constituent les paramètres critiques qui peuvent fortement limiter les performances de ce type de cellule. Les performances des cellules réalisées expérimentalement sur substrat c-Si de type n sont caractérisées par un faible facteur de forme qui constitue la limitation actuelle. Les simulations ont permis de déterminer l'origine de cette limitation qui s'explique par l'existence de pertes résistives au niveau du contact métal/Emetteur (a-Si:H(p)). Les pistes d'amélioration du contact métal/Emetteur (a-Si:H(p)) proposées sont l'augmentation du taux de couverture et le choix d'un métal mieux adapté (Palladium par exemple). Ce modèle sera d'un apport certain pour l'optimisation des performances de cette structure innovante.
Author: David Kohen
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
L'objectif de cette thèse porte sur la fabrication et la caractérisation de cellules solaires à jonction radiale à base d'assemblée de nanofils de silicium cristallin. Une étude sur la croissance des nanofils à partir de deux catalyseurs métalliques (cuivre et aluminium) dans une machine de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à pression réduite est présentée. L'influence des conditions de croissance sur la morphologie, le dopage et la contamination des nanofils par le catalyseur est analysée par des mesures électriques, chimiques (SIMS, Auger) et structurales (SEM, TEM, Raman). Le cuivre est utilisé pour la fabrication d'une cellule solaire avec des nanofils de type p et une jonction radiale créée avec du silicium amorphe de type n. Les performances photovoltaïques de la cellule solaire sont ensuite mesurées et interprétées. Un rendement de conversion de 5% est mesuré sur une cellule avec des nanofils de hauteur 1,5μm.
