Caractéristique IV (DIV et LIV)

Indispensables à toute étude de vieillissement, les performances des assemblages sous éclairement (LIV) et leurs caractéristiques IV dans l’obscurité (DIV) ont été mesurées initialement. Les courbes

DIV assemblages SMI (6 parmi 15) ont été présentées sur la figure IV.22. Elles avaient servi à mettre en évidence une corrélation partielle entre électroluminescence et caractéristique IV dans l’obscurité. Elles sont à nouveau reportées (15 parmi 15) dans la figure IV.30 aux côtés des courbes DIV des as-semblages DBC.

Tandis que les assemblages DBC présentent un faisceau uniforme de courbes , les assemblages SMI contiennent 5 unités avec un courant de recombinaison non-radiative important. Ces défauts avaient été corrélés avec la présence d’artefacts à forte composante shunt en électroluminescence.

Les mesures DIV montrent une fois de plus que les assemblages SMI ont des propriétés électriques plus dispersées que les assemblages DBC. Nous reviendrons sur ces caractéristiques à la suite des es-sais de vieillissement accéléré.

FIGUREIV.30 – Mesures DIV des 2 séries de 15 assemblages DBC et SMI. Les assemblages SMI pré-sentent des défauts dans le domaine de recombinaison non-radiative ; défauts corrélés avec la présence d’artefacts en EL. Les assemblages DBC ne présentent aucun défaut sur leurs courbes DIV.

Nous terminons cette caractérisation initiale des assemblages DBC et SMI par leur mesure de per-formances sous éclairement, conduite sous le cell-sorter de l’IES. Cette mesure constitue une très bonne indication du comportement des assemblages en fonctionnement nominal, mais ne peut mettre en évi-dence les problèmes thermiques liés au flux solaire concentré. La figure IV.31 résume les mesures effectuées sur le cell-sorter de l’IES pour une irradiance de 71W/cm2au niveau de la cellule.

Pour rappel, les assemblages SMI et DBC sont basés sur les mêmes générations de cellule. Il s’agit de cellules triple-jonction Emcore dont le rendement donné par le fabricant est de 38,5% à 50W/cm2 et 37,0% à 100W/cm2. Ceci pris en compte, les assemblages SMI présentent en moyenne de moins bonnes performances que les assemblages DBC avec un rendement moyen de 37,9% contre 38,9% res-pectivement. Sans surprise, l’écart type de ces rendements est plus grand pour les assemblages SMI, ce qui est cohérent avec les dispersions des propriétés de ces assemblages observées sur tous les résultats de mesure.

Comme dit précédemment, ceux-ci possèdent une résistance série R_Splus grande, 19mΩcontre 16mΩpour les assemblages DBC et l’écart en rendement peut en être une conséquence. Cette

diffé-rence de rendement s’explique par un ISC, VOCet facteur de forme FF plus faible pour les assemblages SMI. En valeur moyenne, les assemblages SMI possèdent un ISCde 9,95A, une VOCà 3,16V et un facteur de forme (FF) à 85,7%. Soit des valeurs inférieures à celles des assemblages DBC avec un ISCde 10,09A, une VOCà 3,18V et un FF à 86,1%. Ces différences de propriétés se ressentent sur les V_MPet I_MPdes assemblages avec 2,78V et 9,72A pour les assemblages SMI et 2,81V et 9,83A pour les DBC. C’est donc en toute logique que la PMPdes assemblages SMI est inférieure à celle des DBC avec 26,94W contre 27,63W respectivement.

En observant les valeurs maximales et minimales de chacun des paramètres, on constate que les résultats se chevauchent. Des assemblages SMI sont donc aussi performants que certains assemblages DBC et inversement. Les valeurs d’écart types des paramètres LIV sont également systématiquement plus élevées pour les assemblages SMI, traduisant là encore une fenêtre de sélectivité des cellules plus large.

FIGURE IV.31 – Résumé des mesures LIV conduites sur le cell-sorter de l’IES pour une irradiance de 71W/cm2. Les performances des assemblages SMI sont en moyenne moins bonnes que celles des assemblages DBC. Corrélation partielle entre défauts EL et caractéristiques LIV.

s’intéressant uniquement à ce type d’assemblages, la partie basse de la figure IV.31 illustre l’impact des défauts en électroluminescence sur les courbes LIV d’assemblages SMI. Les courbes LIV noires sont représentatives d’assemblages SMI avec des défauts en EL. Plus la composante shunt du défaut est importante plus la différence entre l’ISCet l’IMPest grande. Ce résultat est cohérent avec la théorie puisque pour des tensions inférieures au V_MP, le comportement de la cellule est dominé par la résis-tance shunt.

Il est important de voir qu’une courbe LIV grise, appartenant à un assemblage sans défaut EL, se trouve dans le faisceau de courbes noires. La corrélation entre performances sous éclairement et défauts en électroluminescence n’est donc que partielle. Il en va de même pour les autres méthodes de caracté-risation. Les assemblages avec de faibles réponses spectrales ne possèdent pas forcément un rendement moins bon, car d’autres facteurs sont à prendre en compte (résistance série, FF, etc.).

Le principe de superposition des caractéristiques IV dans l’obscurité (DIV) et sous éclairement (LIV) n’est vérifié que pour l’assemblage SMI qui présentait un courant de shunt très important ( 4.10-1A contre 10-6A pour des cellules saines, cf. figure IV.30). Pour cet assemblage, la différence ISC -IMPest la plus importante, traduisant une faible résistance shunt. Pour les autres assemblages présentant des courants de shunt élevés, cette différence n’est pas plus marquée que pour des assemblages sains.

IV.2.1.5 En résumé

Sur le plan des mesures sous éclairement en intérieur sur le cell-sorter de l’IES, les assemblages SMI présentent des performances inférieures aux assemblages commerciaux DBC. Ceci peut s’expli-quer par une différence dans la résistance série qui diminue le rendement des cellules sous de fortes irradiances. Les assemblages SMI présentent des propriétés électriques plus dispersées que les assem-blages DBC, témoignage d’un procédé de mise en œuvre encore immature au moment des faits ou d’une fenêtre de sélectivité plus étendue lors de l’approvisionnement des cellules.

Contrairement à ce qui aurait pu être attendu, un défaut en électroluminescence ou un courant de shunt élevé sur la caractéristique DIV des assemblages n’induit pas forcément des performances plus faibles. Il est cependant retenu qu’un défaut EL couvrant une large surface de la cellule et/ou avec une composante shunt importante a de plus grandes chances d’impacter la courbe DIV de la cellule ainsi que ses performances sous éclairement.

La diversification des outils de caractérisation nous a permis d’établir des corrélations partielles entre les différents résultats. Ces corrélations qui peuvent sembler absolues sur un petit nombre d’échan-tillons ne deviennent que partielles sur une plus grande population. Il est donc primordial de disposer d’un nombre suffisant d’échantillons afin d’éviter les cas isolés.

Si l’influence des défauts EL, des courants de shunt en DIV ou des EQE faibles n’est pas forcément néfaste sur les performances des assemblages, la question des effets de ces défauts, ainsi que de larges voids dans la brasure, sur la robustesse des assemblages reste entière.

Pour tenter d’y répondre, des campagnes d’essais de vieillissement accéléré ont été conduites. L’étape de caractérisation initiale présentée permet d’établir les différents défauts présents sur les as-semblages CPV et pourra permettre de déterminer les modes de défaillance des asas-semblages durant les essais de vieillissement. Dans le prochain paragraphe nous présentons les résultats de la première campagne d’essais. Cette étude repose sur la comparaison du comportement d’assemblages DBC et

SMI face aux essais de cycles thermiques et humidité-gel. De par leur maturité, les assemblages DBC sont pris comme référence.