Une cellule photovoltaïque est un dispositif qui permet de transformer l'énergie solaire en énergie électrique. Cette transformation est basée sur les trois mécanismes suivants :
absorption des photons (dont l'énergie est supérieure au gap) par le matériau constituant le au cours des années 1950 que les chercheurs de la compagnie Bell Téléphone, aux
États-élément primaire d’un système
Une cellule photovoltaïque est un dispositif qui permet de transformer l'énergie solaire en énergie suivants :
absorption des photons (dont l'énergie est supérieure au gap) par le matériau constituant le
conversion de l'énergie du photon en énergie électrique, ce qui correspond à la création de
Le matériau constituant la cellule photovoltaï
être assez conducteur pour permettre l'écoulement du courant : d'où l'intérêt des pour l'industrie photovoltaïque.
Afin de collecter les particules générées, un champ électrique permettant de dissocier les paires électron / trou créées est nécessaire. Pour cela on utilise le plus souvent une jonction p
structures, comme les hétérojonctions et les schottky peuvent également être utilisées Le fonctionnement des cellules photovoltaïques est illustré sur la figure
Figure II-4 : Structure (image gauche) et diagramme de bande (image droite) d’une cellule photovoltaïque. Les dimensions respectives des différentes zones ne sont pas respectées
Les photons incidents créent des porteurs dans les zones n et p et dans la zone de charge d'espace.
Les photoporteurs auront un comportement différent suivant la région :
dans la zone n ou p, les porteurs minoritaires qui atteignent la zone de charge d'espace sont
"envoyés" par le champ électrique dans la zone p (pour
électrons) où ils seront majoritaires. On aura un photocourant de diffusion;
dans la zone de charge d'espace,
dissociés par le champ électrique : les électrons vont aller vers la région n, les trous vers la région p. On aura un photocourant de génération.
Ces deux contributions s'ajoutent pour donner un photocourant résultant Iph. C'est un courant de porteurs minoritaires. Il est proportionnel à l'intensité lumineuse.
Le courant délivré sur une charge par une cellule
Le matériau constituant la cellule photovoltaïque doit donc posséder deux niveaux d'énergie et être assez conducteur pour permettre l'écoulement du courant : d'où l'intérêt des
l'industrie photovoltaïque.
Afin de collecter les particules générées, un champ électrique permettant de dissocier les paires électron / trou créées est nécessaire. Pour cela on utilise le plus souvent une jonction p
rojonctions et les schottky peuvent également être utilisées Le fonctionnement des cellules photovoltaïques est illustré sur la figure
(image gauche) et diagramme de bande (image droite) d’une cellule Les dimensions respectives des différentes zones ne sont pas respectées
Les photons incidents créent des porteurs dans les zones n et p et dans la zone de charge d'espace.
Les photoporteurs auront un comportement différent suivant la région :
ne n ou p, les porteurs minoritaires qui atteignent la zone de charge d'espace sont
"envoyés" par le champ électrique dans la zone p (pour les trous) ou dans la zone n (pour les électrons) où ils seront majoritaires. On aura un photocourant de diffusion;
dans la zone de charge d'espace, les pairs électrons / trous créés par les photons incidents sont par le champ électrique : les électrons vont aller vers la région n, les trous vers la région p. On aura un photocourant de génération.
contributions s'ajoutent pour donner un photocourant résultant Iph. C'est un courant de porteurs minoritaires. Il est proportionnel à l'intensité lumineuse.
Le courant délivré sur une charge par une cellule photovoltaïque éclairée s’écrit
Page 35 posséder deux niveaux d'énergie et être assez conducteur pour permettre l'écoulement du courant : d'où l'intérêt des semiconducteurs
Afin de collecter les particules générées, un champ électrique permettant de dissocier les paires électron / trou créées est nécessaire. Pour cela on utilise le plus souvent une jonction p-n. D'autres
rojonctions et les schottky peuvent également être utilisées [3].
II-4
(image gauche) et diagramme de bande (image droite) d’une cellule Les dimensions respectives des différentes zones ne sont pas respectées.
Les photons incidents créent des porteurs dans les zones n et p et dans la zone de charge d'espace.
ne n ou p, les porteurs minoritaires qui atteignent la zone de charge d'espace sont trous) ou dans la zone n (pour les électrons) où ils seront majoritaires. On aura un photocourant de diffusion;
par les photons incidents sont par le champ électrique : les électrons vont aller vers la région n, les trous vers la
contributions s'ajoutent pour donner un photocourant résultant Iph. C'est un courant de
éclairée s’écrit :
Page 36 (II-1) Avec : densité de courant photogénéré et : densité de courant d’obscurité.
Pour une cellule photovoltaïque idéale l’équation peut être s’écrite sous la forme suivante
I (V) = Iph - Is 1 (II-2) Avec Is courant de saturation de la diode, q : la charge élémentaire K : constant de Boltzmann T : Température
Ainsi, dans une cellule photovoltaïque, deux courants s’opposent : le courant d’éclairement et un courant de diode appelé courant d’obscurité qui résulte de la polarisation du composant. La caractéristique d’une cellule sous obscurité est identique à celle d’une diode sous éclairement, la caractéristique a l’allure présentée sur la figure II-5.
Figure II-5 : caractéristique sous obscurité et sous éclairement d’une cellule photovoltaïque.
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II-3-2-Paramètres des cellules photovoltaïques :
Les paramètres des cellules photovoltaïques (,, Pmax, A, ff et η ), extraits des caractéristiques courant-tension, permettent de comparer différentes cellules éclairées dans des conditions identiques.
a-Courant de court-circuit
:
Il s’agit du courant obtenu en court-circuitant les bornes de la cellule (en prenant 0 dans le schéma équivalent). Il croît linéairement avec l’intensité d’illumination de la cellule et dépend de la surface éclairée, de la longueur d’onde du rayonnement, de la mobilité des porteurs et de la température.
On peut écrire : 0 (II-3)
b- Tension a circuit ouvert
:
La tension à circuit ouvert est obtenue quand le courant qui traverse la cellule est nul. Elle dépend de la barrière d’énergie et de la résistance shunt. Elle décroît avec la température et varie peu avec l’intensité lumineuse.
On peut écrire : 0 ln #$%&$
' ( 1) (II-4)