3.1.1 Dispositif de mesure de la caractéristique I(V)
La mesure de la caractéristique I(V) sous éclairement permet d’extraire la caractéristique courant/tension de la cellule sous éclairement. A partir de cette mesure, il est possible de dé-terminer : le courant de court-circuit, la tension de circuit ouvert, le facteur de forme et le rendement.
Le simulateur optique utilisé à l’INL est donné figure C.4(a). La lumière est produite par une lampe à arc en xénon située dans un miroir elliptique. Le faisceau généré est dévié par un premier miroir et passe à travers un intégrateur pour homogénéiser spatialement sa puissance. Son spectre est ensuite modifié grâce à un ensemble de filtres (AM0 et AM1.5D) permettant d’ajuster le spectre de la lampe xénon au spectre solaire AM1.5G. Le faisceau est ensuite réfléchi sur un deuxième miroir et focalisé grâce à une lentille de Fresnel.
Les cellules sont disposées perpendiculairement au faisceau sur un support thermostaté à 25°C. La maîtrise de la température est très importante afin de ne pas modifier la tension de circuit ouvert Vco. Le support est réglé en hauteur, à l’aide d’une cellule de référence calibrée à l’extérieur, dont le courant est connu.
Les cellules mesurées sont des cellules de 4 cm2, qui sont fabriquées sur un wafer 4”. Nous découpons les cellules afin de faciliter la mesure. Afin de ne pas générer des porteurs en dehors
(a) Schéma du simulateur [8] (b) Dispositif de pointes
Fig. C.4 – Schémas expliquant le principe de la mesure I(V) sous éclairement.
de la zone active, nous disposons un cache. Ceci permet d’obtenir un courant réaliste. La cellule est positionnée au centre du faisceau ; au même endroit où a été placée la cellule de référence lors de la calibration.
Nous avons travaillé à la reproductibilité de la mesure du facteur de forme. Les pointes disponibles, pour la mesure du courant et de la tension en face avant de la cellule, sont des pointes réglables à l’aide d’une vis. Les pointes sont très fines ; selon l’opérateur, le moment, les pointes peuvent être enfoncées avec plus ou moins de pression, ce qui peut fausser la mesure.
Nous avons donc introduit un nouveau système de mesure, comprenant des pointes montées sur ressort, qui exercent la même pression (figure C.4(b)). La pression égale, répartie sur toutes les pointes, permet d’assurer une mesure reproductible.
Remarquons que nous utilisons un système à trois pointes : 2 pointes de courant et une pointe de tension. Utiliser une seule pointe de courant entraînerait une erreur sur le facteur de forme, selon son emplacement (à côté ou à l’opposé de la pointe de tension). Avec de pointes de courant, nous nous assurons de prendre en compte la résistance créée par le bus bar.
Cette méthode peut être couplée à d’autres méthodes, afin d’extraire d’autres paramètres, souvent plus précis. Ainsi, avec la mesure SunVoc, il est possible d’extraire la résistance série de la cellule. Avant de l’aborder, nous allons rapidement décrire le dispositif SunVoc.
3.1.2 Dispositif de mesure SunVoc
La méthode SunVoc permet d’obtenir une caractéristique I-V de la cellule par la mesure du
Vco de la cellule en fonction d’une variation d’intensité [186]. Cette caractérisation est réalisée grâce à système d’acquisition qui enregistre simultanément la variation de l’intensité produite par la lampe flash au niveau d’une cellule de référence et la variation de la tension aux bornes de la cellule à mesurer (photo du dispositif figure C.5). Le courant de court circuit n’est pas mesuré par ce système, puisque aucun courant n’est injecté dans la cellule. Il est communiqué par ailleurs à l’ordinateur, issu de la mesure I(V) sous éclairement.
La mesure SunVoc permet d’extraire les courants d’obscurité de la cellule (J01, J02), la résis-tance parallèle, la tension de circuit ouvert et le pseudo-FF. Ce terme correspond au facteur de forme de la cellule sans prendre en compte la résistance série. En effet, comme aucun courant n’est injecté, la cellule ne souffre pas des effets des résistances série. Le pseudo-FF sera donc une image de la résistance parallèle et des courants d’obscurité.
Nous avons déjà noté que la tension de circuit ouvert est très dépendante de la température. Un capteur de température est disposé sous le support de la cellule. Le Vco perd 2,2 mV par
Fig. C.5 – Photo du dispositif SunVoc
degré [12]. Afin de remonter au Vco à 25°C, on utilisera la formule suivante :
Vco25 = −2, 2.10−3(25 − T ) + Vco(T ) (C.19) où T est la température lors de la mesure et Vco(T ) la tension de circuit ouvert mesurée. 3.1.3 Détermination de la résistance série à partir du SunVoc et de l’I(V) sous
éclairement
Nous avons déjà remarqué que la mesure SunVoc ne prend pas en compte la résistance série. Le principe de l’extraction de la résistance série avec les courbes I(V) et SunVoc repose sur la comparaison des deux courbes (figure C.6).
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 V suns,jmpp V mpp IV sous éclairement SunVoc D e n s it é d e c o u ra n t (A .c m -2 ) Tension (V) J mpp
Fig. C.6 – Comparaison des courbes I(V) obtenues par mesure SunVoc et par I(V) sous éclaire-ment.
Rs,suns = Vsuns,jmpp− Vjmpp Jjmpp
(C.20) où Jjmpp est le courant à la puissance maximale, Vjmpp est la tension à la puissance maxi-male et Vsuns,jmpp est la tension de la courbe SunVoc correspondant au courant à la puissance maximale de la courbe I(V) sous éclairement (voir figure C.6).
Nous pouvons donc déterminer très facilement la résistance série d’une cellule. Cette méthode est par ailleurs une mesure beaucoup plus fiable que la mesure I(V) sous obscurité [187].