Cellules photovoltaïques silicium à hétérojonctions et à structures interdigitée en face arrière

par Djicknoum Diouf

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Christophe Longeaud.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Interdigitated back contact silicon heterojunction solar cells


  • Résumé

    The combination of amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction (a-Si:H/c-Si) concept with interdigitated back contact leads to a very promising structure named interdigitated back contact silicon heterojunction (IBC SiHJ) solar cell with a good potential beyond 20 % efficiency. This type of cells follow the two trends of photovoltaic market to increase the production which are the drastic reduction of manufacturing costs (<1€ / Wc) and the obtaining of high efficiencies (> 20 %). The researches made during this thesis consisted in setting up a model to feign and study the functioning ofthis type of cells. For this work, we used the numerical simulator ATLAS from Silvaco originally intended for the community of the microelectronics to study the functioning of the mc SiHJ solar cells. This work allowed to set up a model allowing to study and to determine the influence of the various electric and geometrical parameters in the functioning of IBC SiHJ solar cells. Results indicate that the key parameters to achieve high efficiency are a high crystalline substrate quality, low surface recombination velocity especially at the front surface, and a low recombining a-Si:H/c-Si interface. The performances of experimental IBC-SiHJ solar cells based on n-type crystalline silicon substrate are characterized by a low fill factor which constitutes the current limitation. The simulations allowed to determine the origin of this limitation which explains by the existence of resistive losses at the contact metallization of the p-type a-Si:H emitter. The runaways of improvement of the metal / p-type a-Si:H emitter contact proposed are the increase of the metal coverage rate and the choice of a well adapted metal (Palladium for example). This model will be helpful for the optimization of the performances of this innovative structure.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (150 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)229
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