Influence des effets capacitifs

Les modules de notre étude sont de type N, ils subissent des effets capacitifs et ne sont donc pas adaptés aux caractérisations en mode « single-flash » comme montré à la section 1.2.1.3. En s’inspirant des travaux de Beljean [104], nous avons déterminé le nombre de flashs minimum nécessaires pour éviter les effets capacitifs lors d’une caractérisation standard de nos modules à 1000 W/m². On définit un écart ΔdrIV entre mesure « direct » (balayage en tension croissante) et « reverse » (balayage en tension

décroissante) pour chaque paramètre IV par l’équation (2.3) :

𝜟𝒅𝒓_𝑰𝑽=𝑰𝑽𝒓𝒆𝒗𝒆𝒓𝒔𝒆− 𝑰𝑽𝒅𝒊𝒓𝒆𝒄𝒕

𝑰𝑽𝒓𝒆𝒗𝒆𝒓𝒔𝒆+ 𝑰𝑽𝒅𝒊𝒓𝒆𝒄𝒕 (2.3)

La Figure 2.7 à gauche représente l’évolution de ΔdrIV pour chaque paramètre IV en fonction du nombre

de flashs appliqué sur la face avant seule (de 1 à 15 flashs, avec 226 points de mesures tous les 40 µs pendant chaque flash). A partir de 10 flashs, les paramètres IV ont tous un écart inférieur à 0,5% (seuil appliqué par Beljean). C’est la puissance Pm qui est la plus affectée par les effets capacitifs,

particulièrement à cause des différences en courant Im et des différences en tension Vm dans une moindre

mesure (voir Figure 1.9). Comme mentionné dans l’état de l’art, les paramètres Isc et Voc ne sont pas

affectés, le FF suit donc la même évolution que Pm. Pour une caractérisation face arrière seule, les

courbes de ΔdrIV sont quasi-superposables à celles du cas face avant seule. Notons que le nombre de

flash minimal à appliquer dépend de la technologie de cellule utilisée. Par exemple, les cellules à hétérojonction (HET développées par l’INES, HIT commercialisées par Sanyo, etc.) ont des effets capacitifs plus importants de par les couches de silicium amorphe qui les composent (voir section

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1.1.1.2). On utilise typiquement 15 flashs pour les caractériser, ce qui mène à un écart ΔdrPm de 0,6%

pour un petit module HET (2 x 2 cellules 125 mm) et 1,1% pour un module commercial Sanyo (6 x 12 cellules 125 mm [65]). En considérant un seuil de 0,6% au lieu de 0,5%, 8 flashs minimum sont nécessaires pour caractériser un petit module de type N au niveau de précision de nos petits modules HET. Le courant consommé ou relâché étant proportionnel à la capacité interne des cellules, il est fort probable que la surface des cellules utilisées ait un impact sur les effets capacitifs. Dans ce cas-là, les nouvelles cellules à hétérojonction de taille 156 mm (même taille que nos cellules de type N) doivent avoir des écarts ΔdrPm encore plus au-dessus du seuil de 0,5% utilisé par Beljean.

L’écart ΔdrIV utilisé pour quantifier les effets capacitifs n’est pas représentatif de l’erreur commise sur

chaque paramètre IV lorsque l’on caractérise avec un seul flash. Nous avons donc évalué l’écart ΔsmIV

entre une caractérisation « single-flash » et « multi-flash » (avec 8 flashs, considéré comme la mesure vraie) pour chaque paramètre IV (voir équation (2.4)). La Figure 2.7 à droite montre ΔdrIV en fonction

de ΔsmIV pour le point de puissance maximale et pour différents éclairements. On constate que les effets

capacitifs sont d’autant plus importants que l’éclairement est faible. Cela est probablement dû au fait qu’à plus faible éclairement la capacité interne se charge et se décharge moins rapidement, il y a donc plus d’écarts en courant et tension par rapport à la mesure vraie. En pratique, les écarts « single - multi » sont importants pour la tension Vm (-5% à 100 W/m²) alors que les écarts « direct – reverse » sont

importants sur le courant Im (+65% à 100 W/m²). On retiendra finalement un biais sur Im de -0,4% ±

0,7%, un biais sur Vm de -3,6% ± 1,2% et un biais sur Pm de -4% ± 0,6% par rapport à la mesure vraie

sur toute la gamme d’éclairements de 0 à 1 soleil.

𝜟𝒔𝒎𝑰𝑽=

𝑰𝑽_{𝒔𝒊𝒏𝒈𝒍𝒆 𝒇𝒍𝒂𝒔𝒉}

𝑰𝑽𝒎𝒖𝒍𝒕𝒊 𝒇𝒍𝒂𝒔𝒉 − 𝟏 (2.4)

Figure 2.7 – (gauche) Ecart « direct – reverse » ΔdrIV pour une caractérisation

standard face avant seule à 1000 W/m² en fonction du nombre de flashs pour chaque paramètre IV. (droite) Lien entre ΔdrIV et l’écart « single – multi » ΔsmIV pour

différents éclairements de la face avant seule (de 100 W/m² à 1000 W/m²) et autour du point de puissance maximale.

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Les comparaisons de modules qui seront montrées dans notre étude nécessitent de tracer beaucoup de courbes I(V) pour en extraire les paramètres. Pour pouvoir finaliser notre étude en un temps raisonnable, notre protocole d’utilisation est donc réalisé avec des mesures « single-flash » (avec 600 points de mesure tous les 12 µs pendant le flash) plutôt que « multi-flash ». Dans le cas de 8 flashs il faut attendre environ 4 minutes entre chaque courbe I(V) tracée, contre 30 secondes pour un seul flash. La Figure 2.8 à gauche montre les écarts ΔdrIV en fonction du nombre de soleil total (face avant et face arrière

confondues) incident sur le module en combinant l’utilisation des filtres PASAN et des filtres de notre dispositif pour obtenir plus de points expérimentaux. Ce nombre de soleil n’est autre que l’Isc mesuré

avec notre dispositif normalisé par l’Isc en conditions STC. On observe de nouveau qu’à faible

éclairement (en dessous de 0,4 soleil), les écarts ΔdrPm, ΔdrIm, et ΔdrFF augmentent jusqu’à atteindre les

60%. La Figure 2.8 à droite montre cette décroissance progressive des effets capacitifs dans le cas de la puissance Pm : ΔdrPm diminue avec l’augmentation de l’éclairement des lampes et de la transmission du

rayonnement en face arrière de notre dispositif. A l’avenir, il serait intéressant de caractériser notre protocole en termes d’écart ΔsmPm de façon à évaluer le biais sur Pm à chaque étape du protocole : bien

qu’il varie peu dans le cas d’une mesure face avant seule (-4% ± 0,6%), il est fort probable qu’il tende plus rapidement vers 0 en double éclairement (étapes 6 à 9) mais cela reste à vérifier. Dans tous les cas, nous supposons que les biais se compenseront lorsque nous calculerons des gains gIV entre nos modules

qui sont tous de même technologie (type N).

Figure 2.8 – (gauche) Ecart ΔdrIV en fonction du nombre total de soleil incident sur

les deux faces du module (Isc / Isc-STC). (droite) Ecart ΔdrPm en fonction du niveau de

filtrage en face arrière (de 0%, correspondant à la face avant seule, à 100%) pour différents niveaux d’éclairement au PASAN.

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