Simulation, fabrication et analyse de cellules photovoltaïques à contacts arrières interdigités

= Simulation, elaboration and analysis of interdigitated back-contact solar cells

• Auteur / Autrice : Oleksiy Nichiporuk
• Direction : Anne Kaminski-Cachopo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technologie

Énergie solaire

Générateurs photovoltaïques

Photopiles

Résumé

L'énergie solaire est la source d'énergie la plus prometteuse et la plus puissante parmi les énergies renouvelables. L'électricité photovoltaïque (PV) est obtenue par transformation directe de la lumière du soleil en électricité, au moyen de cellules PV. L'objectif de ce travail est de développer des cellules PV à contacts arrières interdigités. Dans le premier chapitre, nous rappelons le principe de fonctionnement et les paramètres principaux d'une cellule PV. Dans une deuxième partie, nous expliquons les spécificités des cellules PV à contacts arrières interdigités, ainsi que les avantages et les inconvénients de telles cellules. Dans le second chapitre nous étudions le fonctionnement de cellules PV à contacts arrières interdigités par la simulation numérique dans le but d'optimiser la géométrie et les profils de dopage de la cellule. Le logiciel ISE 8. 5 nous permet d'effectuer la simulation numérique en deux dimensions et d'étudier l'influence des divers paramètres sur la caractéristique courant-tension sous éclairement de la cellule. Dans un premier temps, nous présentons le principe de la simulation numérique et les modèles physiques utilisés. Dans la deuxième partie de ce chapitre, en faisant varier les paramètres d'une cellule de référence, nous analysons les résultats de la simulation. Les résultats obtenus nous permettent de tirer les conclusions concernant la structure optimale de la cellule. Le troisième chapitre concerne les techniques, les méthodes et les dispositifs de caractérisation des composant photovoltaïques : I V sous obscurité et sous éclairement, réponse spectrale, LBIC, réflectivité, thermographie infrarouge, mesures de durée de vie, etc. . . Dans le quatrième chapitre nous aborderons l'élaboration des cellules photovoltaïques à contacts interdigités. Trois procédés technologiques sont mis en œuvre dans le but de développer une technologie simple pour l'élaboration des cellules avec un bon rendement. En particulier, nous développons le procédé auto aligné, qui nous permet de réaliser des cellules photovoltaïques à contacts arrières interdigités en utilisant une seule étape de lithographie. Les cellules photovoltaïques à contacts arrières interdigités étant très sensibles à la recombinaison en surface, le chapitre cinq est consacré à la passivation de la surface du silicium. Dans ce chapitre nous examinons diverses approches pour réduire la recombinaison en surface : oxyde de silicium, nitrure de silicium déposé par UVCVD, recuit sous hydrogène, variation de la barrière de potentiel à la surface par incorporation de charges dans SiO2 ou par création d'une zone de charge d'espace d'une structure MIS, création d'une couche mince de silicium poreux.

Solar energy is the most promising and powerful energy source among renewable energies. Photovoltaic electricity is obtained by direct transformation of the sunlight into electricity by means of photovoltaic cells. The objective of this work is to develop photovoltaic cells with back interdigitated contacts. In the first chapter, we recall the principle of operation and the fundamental parameters of a photovoltaic cell. In a second part, we explain specificities of the interdigitated back-contact solar cells, as well as the advantages and the disadvantages of such cells. In the second chapter we study the operation of interdigitated back-contacts solar cells by two dimensional numerical simulation in order to optimize the geometry and doping profiles of the cell. The third chapter relates to the techniques and the methods of characterization of photovoltaic devices and components. In the fourth chapter, we describe the elaboration of interdigitated back-contact cells. Three technological processes are presented in order to develop a simple technology for cells realization. In particular, we develop the auto-aligned technological process, which enables to elaborate the cells by using only one lithography step. In the last chapter we examine various approaches to reduce the surface recombination: SiO2, silicon nitride deposited by UVCVD, hydrogen annealing, etc. . .