Présentation du logiciel PC1D

Le logiciel PC1D, a été développé au centre de recherche de microélectronique de l’université de New South Wales en Australie. C’est l’un des simulateurs largement répandu pour la modélisation des cellules photovoltaïque. Le PC1D est un logiciel qui résout les équations non linéaires de transport quasi unidimensionnel des électrons et des trous dans dispositifs à semi-conducteur, notamment dans les dispositifs photovoltaïques à une dimension par l’utilisation de la méthode de éléments finis. Le programme PC1D fournit des résultats sous forme d’affichages graphiques montrant des valeurs physiquement significatives tel que : Courbes courant-tension I-V : En polarisation directe de l’échantillon, les courbes I-V permettent de déterminer le courant de saturation le facteur de qualité et la résistance en série. Aux fort courants, on a l’influence de la résistance de la résistance série de la structure qui se traduit par une courbure de la caractéristique h(I)= f(V). L’effet de la résistance série est important, elle provoque un courant direct opposé au photo courant engendrant une baisse du rendement. L’exploitation de la partie linéaire de la courbe ln(I)=f(V) donne la valeur du facteur du qualité de la structure. Ce facteur traduit l’écart par rapport à une diode, ou la conduction se fait uniquement par diffusion, il traduit aussi l’existence des défauts cristallographiques. Le rendement quantique interne IQE(𝜆): Le rendement quantique interne représente le rapport entre le nombre de porteurs collectés et le nombre de photons traversant la surface du dispositif. Ce rendement est calculé numériquement par le logiciel PC1D en fonction de la longueur d’onde 𝜆. Longueur de diffusion des porteurs minoritaires : Sous l’effet de l’éclairement il se produit une diffusion des porteurs minoritaires qui vont se déplacer vers les régions ou leurs concentrations des cellules solaires à hétérojonctions du type TCO/Si. La simulation numérique a été faite par le logiciel PC1D (Personnel Computer One Dimensionnel). Le but de cette étude est d’étudier et de déterminer les paramètres optimale donnant lieu les meilleures performances d’une cellule solaire photovoltaïques ensuite on va étudier l’influence des paramètres de la cellule sur les performances de la cellule photovoltaïques tels que l’épaisseur de couche d’oxyde transparent conducteur, le dopage ainsi que de la réflexion sur les paramètres photovoltaïques de ces cellules sont plus faibles. Ainsi le PC1D permet de tracer la longueur de diffusion des porteurs minoritaires en fonction de la position. Densité de courant : La variation de la densité de courant (Ampère par centimètre carré) des électrons et des trous est tracée en fonction de la position. Ainsi, on peut déduire la densité de courant total qui est la somme du courant des électrons et les trous [https://www.clicours.com/]. 

La structure de la cellule solaire simulée 

Dans notre travail on a fait une simulation sur trois types des cellules : 1-Si (N+)-Si(P) : Cellules solaires constituées silicium type N déposée sur du silicium de type P munies d’électrodes collectrices, en face avant et arrière, permettant leur connexion au circuit électrique extérieur. 2-SnO2-Si(P) : Cellules solaires constituées d’une couche d’oxyde d’étain SnO2 déposée sur du silicium de type P munies d’électrodes collectrices, en face avant et arrière, permettant leur connexion au circuit électrique extérieur. La couche deSnO2, en sa qualité de TCO, est une couche antireflet. 3-SnO2-Si(N+)-Si(P) : Cellules solaires constituées d’une couche d’oxyde d’étain SnO2 déposée sur la cellule Si (N+)-Si(P).Paramètres de simulation : Les simulations ont été effectuées sous un spectre solaire AM.1.5 avec P = 1000 W/m². Le tableau suivant regroupe les principaux paramètres des couches de silicium et de SnO2 utilisés dans la simulation La caractéristique I(V) de la jonction Si(N)-Si(P), sous un éclairement à AM1.5 (1000W/m2 ) nous donne un courant de court-circuit Icc =25,7 mA, une tension de circuit ouvert Vco = 622.4 mV, un facteur de forme FF=0.825 et un rendement photovoltaïque 𝜂= 13.2%. D’après les résultats représentés sur les Figures (III.4) ;(III.5) ;(III.6) on remarque qu’à chaque fois la réflexion augmente la tension du circuit ouvert et du courant de court-circuit diminue, et par suite le rendement diminue. Ceci s’explique par l’état du silicium qui réfléchit plus de 35% de la propagation lumineuse produite [27]. La mauvaise absorption dans le silicium revient au gap qui donne une influence considérable sur la performance des cellules ph voltaïques ; tout en augmentant la réflexion le rendement diminue. Pour améliorer la compétence (performance) des cellules solaires, il est préférable d’utiliser SnO2 comme couche opposante à la réflexion.

Cellule de type SnO2-Si(P) 

Caractéristique courant-tension de la cellule solaire

La caractéristique I-V de la cellule solaire SnO2-Si(P) simulée sous PC1D est représentée sur la Figure.III.10. La caractéristique I(V) de la jonction SnO2-Si(P), sous un éclairement de AM1.5 (1000W/m2 ) nous donne un courant de court-circuit Icc =35.8 mA, une tension de circuit ouvert Vco = 639.9 mV, un facteur de forme FF=0.832 et un rendement photovoltaïque 𝜂= 19%.

Influence des Paramètres sur les performances de la cellule solaire : 

Influence de la réflexion du SnO2 

Pour avoir un bon rendement photovoltaïque dans l’hétérojonction SnO2/Si(P), il faut transmettre le maximum de rayonnement lumineux à travers la couche du TCO vers la couche active, et donc réduire la réflexion du TCO. En augmentant la réflexion, chacun des Icc ; Vco ; FF diminue, d’où le rendement de transformation des cellules d’énergie solaires diminue. Ceci s’explique par le fait que lorsque la concentration de l’électron libre dans la couche TCO augmente entraine une variation de l’indice de réfraction, ce qui provoque l’augmentation de la réflexion, et donc la diminution de la transmission des couches de TCO. Ce qui peut expliquer la diminution de Vco, Icc et le rendement photovoltaïque lorsque la réflexion du TCO augmente.

Influence de l’épaisseur de silicium

Lorsque l’épaisseur du substrat augmente, le rendement de la cellule solaire augmente. Ceci revient à l’augmentation du circuit ouvert et du courant du court-circuit, de telle sorte que lorsque l’épaisseur du substrat augmente l’absorption des photons augmente d’où l’augmentation dans les paires électron-trous générés.