5.3 LOAD ET SAVE (charger et sauvegarder)

L’instruction LOAD introduit, à partir d’un fichier existant, les solutions précédentes qui seront proposées comme initiales pour chaque point de polarisation.

L’instruction SAVE permet l’enregistrement de toutes les informations obtenues pour un nœud dans un fichier de sortie.

V.6 Étude de l'hétérojonction en face arrière V.6.1 Analyse des structures de bandes

L'établissement du diagramme de bande pour les deux différentes structures c-Si(p)/a-Si:H(p+) et c-Si(n)/a-Si:H(n+) (figure.4) permet d'établir une première approche. Dans le cas du substrat p, la barrière de potentiel présente au niveau de la bande de conduction est destinée à repousser les électrons vers l'émetteur. Au niveau de la bande de valence, on constate la présence d'une barrière de potentiel importante s'opposant au passage des trous vers le contact.

Pour le substrat de type N, la répartition des bandes est plus favorable à la formation d'un BSF (haute barrière) tandis que les porteurs majoritaires ne sont pas bloqués.

Étude à deux dimensions et optimisation des paramètres physiques et géométriques de cellules solaires de

divers contacts interdigités Page - 146 -

D'après l'analyse de la structure de bande au niveau de la face arrière, nous savons que dans le cas du substrat n, les discontinuités observées sont favorables à un effet BSF sans bloquer le passage des porteurs majoritaires. C'est pourquoi, le dépôt d'un silicium dopé à grande largeur de bande interdite serait préférable pour accroitre d'avantage l'effet BSF.

Dans le cas du substrat de type P (figure 5):

La discontinuité au niveau de la bande de valence et de la bande de conduction est respectivement :





 





 

Figure 4. Diagramme de bande pour des doublets hétérojonction sur substrat de type p (à gauche) et de type N (à droite) [7]

Étude à deux dimensions et optimisation des paramètres physiques et géométriques de cellules solaires de

divers contacts interdigités Page - 147 -

V.7- Les diagrammes de bandes à l’équilibre thermodynamique

La figure 6 représente les diagrammes de bandes de la cellule étudiée à l’équilibre thermodynamique pour un substrat c-Si de type n aux deux hétéro-interfaces a-Si:H(p)/c-Si(n) et a-Si:H(n)/c-Si(n). Ces diagrammes de bande à l’équilibre thermodynamique sont extraits d’Atlas et sont en accord avec le modèle d’Anderson décrit au paragraphe III.3 1. Le désaccord de bande au niveau de la bande de conduction est de 0,15 eV et de 0,43 eV au niveau de la bande de valence.

Une situation de dégénérescence peut exister dans le silicium cristallin sur une faible distance (quelques nanomètres) près de l’hétéro-interface cSi(n)/a-Si:H(p), donc l'utilisation de la statistique de Fermi-Dirac est imposée.

V.8 Résultats de la simulation et discussions

Un grand nombre de paramètres influent sur le fonctionnement de la cellule interdigitée à hétérojonctions (figure 7). Ces paramètres qui sont les matériaux utilisés et la géométrie de la cellule ne sont pas dépendants, ce qui rend nécessaire l’étude de l’influence de tous ces paramètres. Cette étude permettra ainsi de déterminer les paramètres décisifs et importants dans le fonctionnement de ce type de cellule et donc l’optimisation des performances de celle- ci. Pour étudier l’influence d’un paramètre, on va le faire varier sur un intervalle donné, mais tous les autres paramètres resteront fixés. Pour chaque variation d’un paramètre donné, on a généré les caractéristiques courant-tension (I(V)) sous l’éclairement AM1.5 afin d’extraire les caractéristiques de sortie : la tension de circuit ouvert VCO, la densité de courant de court-

circuit JCC, le facteur de forme FF et le rendement de conversion  de la cellule.

Le rendement est un paramètre très important dans le but de réduire tous les coûts d'une technologie donnée du photovoltaïque à base de silicium cristallin. Cela signifie que tous les efforts pour améliorer le rendement au niveau de la cellule et le module ont un impact direct sur le coût total du système. Pour la structure IBC-SiHJ de substrat à silicium cristallin de type N, les études précédentes par simulations [6-9] ont rapporté un facteur limité dans

Figure 6 Diagramme de bandes à l’équilibre thermodynamique (a) de l’hétérojonction a-Si:H(p)/c-Si(n) et (b) de l’hétérojonction a-Si:H(n)/c-Si(n) de la cellule de type n

Étude à deux dimensions et optimisation des paramètres physiques et géométriques de cellules solaires de

divers contacts interdigités Page - 148 -

Figure 7. Géométrie de la structure élémentaire de référence de la cellule interdigitée à hétérojonctions, (a):vue en coupe transversale (b) : vue de dessous

Étude à deux dimensions et optimisation des paramètres physiques et géométriques de cellules solaires de

divers contacts interdigités Page - 149 -

Figure 9. Courbes J-V en fonction du dopage n-BSF

Étude à deux dimensions et optimisation des paramètres physiques et géométriques de cellules solaires de

divers contacts interdigités Page - 150 -

l'amélioration de la densité de courant de court circuit (Jcc), la tension du circuit ouvert (Vco), le facteur de remplissage (FF) et le rendement (). Notre travail présenté est un pas vers une meilleure amélioration de ces facteurs spécialement le rendement.

La simulation de la cellule solaire IBC-SiHJ (figure 7) a été réalisée, et les figures 8 et 9 montrent les courbes de la densité de courant-tension (J-V) pour la variation des paramètres suivants : respectivement, l’épaisseur de la couche tampon intrinsèque (i-a-Si) et dopage du n- BSF.

L'influence de la variation de l'épaisseur de la couche amorphe hydrogénée intrinsèque ( i-a-Si : H ) est illustrée sur la figure 8. La caractéristique J-V nous aide à déterminer les performances électriques de la cellule solaire IBC-SHJ. L'augmentation de l'épaisseur de 2 à 15 nm n'a aucune influence sur JCC et VCO, aussi, le FF n'est pas affectée, mais au-delà de la

valeur de 15 nm, la forme "S" commence à être observée avec une dégradation du FF, ce qui est en accord avec les résultats donnés par l'expérience [8].

Quant à la variation de la concentration du dopage du n-BSF (nous ne considérons pas l'augmentation possible de la vitesse de recombinaison de l'interface avec l'augmentation du niveau du dopage de a-Si: H (n)) et son influence sur la caractéristique J-V, elle est illustrée sur la figure 9. Comme on peut le voir sur les courbes J-V, la forme en S est complètement éliminée lorsque le dopage n-BSF est ≥ 5.1018 cm-3. L'augmentation du dopage n-BSF de 5.1016 à 5.1018 cm-3 a une influence significative sur le JCC, mais pas sur le VCO.