« Études des pertes résistives et optiques sur cellules solaires au silicium à substrat de type n »

Abstract

الملخص (بالعربية) : في السنوات الأخيرة، شهدنا تطورًا في صناعة الخلايا الكهروضوئية من سيليكون نوع. N تم الحصول على مردود في حدود 22٪ على الخلايا القائمة على سيليكون Cz-Si مع ركيزة من النوع N مخدر بالفوسفور مثلPERT (باعث خامل ، خلية انتشار خلفي كامل) .في هذا العمل، درسنا الخلية الشمسية PERC (باعث خامل ، خلية خلفية)نوعP متبوعة بالخلية الشمسية PERT من نوع N. تتكون مساهمتنا من تحسين معاييرالفيزيائية لخليتين الشمسيين السليكون أحادي البلورية على وجه الخصوص معايير الأساس (العمر، المقاومة ، السمك).لذلك يجب أن نجد أفضل أداء للمخرجات (Jsc-Voc-η- FF) للهيكلين وأخيراً نجري دراسة مقارنة بين أدائهما.يمكن أن يصل مردود التحويل للخلية الشمسية PERC إلى قيمة 21.47٪ باعتبار ركيزة السيليكون البلورية من النوع P مع عمر حامل الشحن الأقلية الذي يبلغ3ms، وسمك الركيزة μm 170ومقاومة منخفضة تبلغ .cmΩ1.مع بنية n-PERT ، تصل الكفاءة القصوى إلى قيمة 22.83٪ للمعايير المُحسَّنة: ms 10 ، μm250 ،Ω.cm1و Ω /□ 90، على التوالي من عمرحاملات الشحن الأقلية ، سمك الركيزة مقاومة القاعدة ومقاومة طبقة الباعث. تمكنا أيضًا من دراسة تأثير هندسة شبكة المعدنة على الوجه الأمامي (عرض، ارتفاع الناقلوعدد القضبان) على الخسائر المقاومة والبصرية وكذلك على تأثير خصائص التيار والجهد، للخلية الشمسية الثانية. (n-PERT) تم تنفيذ هذا العمل باستخدام برنامج المحاكاة الرقمية للخلييا الشمسية ثنائي الأبعاد PC2D وثلاثي الأبعاد PC3D. الكلمات المفتاحية :الخلية الشمسية، سيليكون، مردود ، PERC ، PERT، PC2D ، PC3D. ----------------------------------------------

Résumé (en Français) : Depuis quelques années, on assiste au développement d’une filière de cellules photovoltaïques en silicium de type N. Des rendements de l’ordre de 22% ont été obtenus sur des cellules à base de silicium Cz-Si à substrat de type N dopé au phosphore, telles que PERT (Passivated Emitter, Rear Totally Diffused cell). Dans ce travail, on a étudié la cellule solaire PERC (Passivated Emitter, Rear cell) de type P ensuite la cellule solaire PERT (Passivated Emitter, Rear Totally Diffused cell) de type N. Notre contribution consiste à optimiser les paramètres physiques de deux cellules solaires de silicium monocristallin en particulier les paramètres de la base (durée de vie, résistivité et épaisseur). Aussi doit-on trouver les meilleurs performances de sortie ( Jcc, Vco, η et FF) des deux structures et enfin faire une étude comparative entre leurs performances. Le rendement de conversion pour la cellule solaire PERC peut atteindre une valeur de 21,47% en considérant un substrat de silicium cristallin de type P avec une durée de vie des porteurs minoritaires de l'ordre de , une épaisseur de substrat de et une résistivité de la basse de . Avec la structure n-PERT, le rendement maximal atteint une valeur de 22,83% pour les valeurs optimisées : , , et , respectivement de la durée de vie des porteurs minoritaires, de l'épaisseur de substrat, de la résistivité de la base et de la résistance de couche de l’émetteur. Nous avons également pu étudier l'effet de la géométrie de la grille de métallisation en face avant ( largeur, hauteur du contact et nombre de busbarres ) sur les pertes résistives et optiques ainsi que sur l’influence des caractéristiques courant – tension, pour la seconde cellule solaire (n-PERT). Ces travaux sont effectués en utilisant le logiciel de simulation numérique des cellules solaires à deux dimensions PC2D et à trois dimensions avec PC3D. Les mots clés : Cellules solaires, silicium, rendement, PERC, PERT; PC2D, PC3D.

---------------------------------------------- Abstrat In recent years, we have seen the development of an n-type silicon photovoltaic cell industry. Efficiencies of the order of 22% have been obtained on Cz-Si silicon-based cells with an n-type substrate doped with phosphorus, such as PERT (Passivated Emitter, Rear Totally Diffused cell). In this work, we studied the p-type PERC (Passivated Emitter, Rear cell) solar cell followed by the n-type PERT (Passivated Emitter, Rear Totally Diffused cell) solar cell. Our contribution consists of optimizing the physical parameters of two cells solar monocrystalline silicon in particular the parameters of the base (lifetime, resistivity and thickness). We must therefore find the best output performances (Jsc, Voc, η and FF) of the two structures and finally make a comparative study between their performances. The conversion efficiency for the PERC solar cell can reach a value of 21.47% considering a p-type crystalline silicon substrate with a minority carrier lifetime of the order of 3 ms, a substrate thickness of 170 μm and a low resistivity of 1 Ω.cm. With the n-PERT structure, the maximum efficiency reaches a value of 22.83% for the optimized values : 10 ms, 250 μm, 1 Ω.cm and 90 Ω/□, respectively of the lifetime of the carriers minorities, substrate thickness, base resistivity and emitter sheet resistance. We were also able to study the effect of the geometry of the metallization grid on the front face (width, height of the contact and number of busbars) on the resistive and optical losses as well as on the influence of the current - voltage characteristics, for the second solar cell (n-PERT). This work was performed using the two-dimensional PC2D and three-dimensional PC3D solar cell digital simulation software. Keywords : Solar cells, Silicon, Efficiency, PERC, PERT, PC2D, PC3D.