Contribution à la modélisation d'une cellule photovoltaïque multijonction à la base de InGaN

Abstract

الملخص (بالعربية) : الملخص: تشهد أشباه الموصلات القائمة على مواد III-N حاليًا اهتمامًا متزايدًا في تطوير الخلايا الكهروضوئية بسبب مزاياها العديدة. و من بين أشباه الموصلات هذه، نجد بشكل أساسي سبائك InXGa1-XN التي تختلف فجوة طاقتها باستمرار من 0,7إلى 3,4 الكترون فولط. و هذا ما يوفر ملائمة مثالية تقريبًا لصنع خلايا شمسية متعددة الوصلات، يجعلها تحقق مردود تحويل عالي يمكن أن يتجاوز 40٪. تعتمد الخلايا متعددة الوصلات على استخدام وصلات متعددة بفجوات متناقصة لأجل استغلال طيف الامتصاص بأكمله تقريبًا. يندرج هذا العمل في هذا السياق، والذي يهدف إلى دراسة المحاكاة العددية لأداء الخلايا الشمسية متعددة الوصلات المصنوعة أساسا من سبائك InXGa1-XN من أجل تحسين المعايير الفيزيائية والهندسية للخلية المدروسة. نحدد خلية مرجعية لهيكل من النوع غير القياسي ( PIN/ PIN) مع مجموعة من المعايير الفيزيائية ، من أجل تحليل تأثيرها على الأداء الكهربائي للخلية (الاستجابة الطيفية ، التيار الضوئي ، جهد الدائرة المفتوحة ، الكفاءة ، ....). في هذا العمل ، تم فحص الخلايا الشمسية القائمة على InXGa1-XN ذات الوصلة (PN / PN) و (PIN / PIN) رقميًا باستخدام AMPS-1D. يوضح هذا التحليل كفاءة مثلى بنسبة 28.88٪ للهيكل (PN / PN) و 40.328٪ للهيكل (PIN / PIN). الكلمات المفتاحية: الخلية الشمسية ، InGaN ، الوصلات المتعددة ، PIN ، المحاكاة ، AMPS-1D ، الأداء. ---------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) :

Résumé: Les semiconducteurs à base des matériaux III-N connaissent actuellement un intérêt croissant dans le développement des cellules PV à cause de nombreux avantages. Parmi ces semi-conducteurs, on trouve principalement les alliages InXGa1-XN dont l’énergie du gap varie d’une façon continue de 0,7 eV à 3,4 eV. Cela fournit un ajustement presque parfait pour réaliser des cellules solaires multijonctions. elles atteignent des rendements de conversion plus élevés et qui peuvent dépasser 40%. Les structure multijonctions se basent sur l’utilisation de plusieurs jonctions, tout en empilant des matériaux possédants des gaps décroissants afin d’exploiter la quasi-totalité du spectre d’absorption. Dans ce contexte s’inscrit ce travail, et qui a comme objectif l’étude par simulation numérique des performances des cellules solaires multijonctions à base de InXGa1-XN en vue d’optimiser les paramètres physiques et géométriques de la cellule étudiée. Nous définissons une cellule de référence de structure non standard de type (p-i-n/p-i-n) avec un ensemble de paramètres physiques, afin d’analyser leurs influences sur les performances électriques de la cellule (réponse spectrale, photocourant, tension en circuit ouvert, rendement, ….). Dans ce travail, des cellules solaires à base de InXGa1-XN sous la jonction (PN / PN) et (PIN / PIN) ont été étudiées numériquement à l'aide d'AMPS-1D. Cette analyse met en évidence une efficacité optimale de 28,88% pour la structure (PN / PN) et 40,328% pour la structure (PIN / PIN). Mots clés : Cellule solaire, InGaN, multijonction, PIN, simulation, AMPS-1D, performances.

----------------------------------------------

Abstract:

Semiconductors based on III-N materials are currently experiencing increasing interest in the development of PV cells because of many advantages. Among these semiconductors, we find mainly the InxGa1-XN alloys whose gap energy varies continuously from 0.7 to 3.4 eV. This provides an almost perfect fit for making multi-junction solar cells. they achieve higher conversion efficiency which can exceed 40%. Multi-junction structures are based on the use of multiple junctions, while stacking materials with decreasing gaps in order to exploit almost the entire absorption spectrum. This work falls within this context, and which has as its objective the study by numerical simulation of the performance of multi-junction solar cells based on InXGa1-XN in order to optimize the physical and geometric parameters of the cell studied. We define a reference cell of non-standard type structure (PIN / PIN) with a set of physical parameters, in order to analyze their influences on the electrical performance of the cell (spectral response, photocurrent, open circuit voltage, efficiency, ….). In this work, solar cells based on InXGa1-XN under the junction (PN / PN) and (PIN / PIN) were investigated digitally using AMPS-1D. This analysis shows an optimal efficiency of 28.88% for the structure (PN / PN) and 40.328% for the structure (PIN / PIN). Keywords: solar cell, InGaN, multijonctions, PIN, simulation, AMPS-1D, performance.