Cellules solaires Tandem à base d’InGaN, pour haut rendement : Modélisation et Simulation Des performances

Abstract

L’alliage InGaN prend une grande importance aux applications photovoltaïques grâce à sa large bande interdite qui varie de 0.65 eV (gap d’InN) à 3.43 eV (gap de GaN), permettant l’absorption d’une grande partie du spectre solaire et la fabrication de cellules solaires multijonctions à haut rendement. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié par simulation une structure tandem d’une cellule solaire à base d’InGaN. La structure est composée de deux sous cellules à homojonction de type p-i-n. L’objectif de l'étude est d’optimiser les performances de la cellule ; à cet effet nous avons utilisé le logiciel Atlas de SILVACO. Nous avons commencé par faire varier l'épaisseur des couches ainsi que le dopage des couches. Des valeurs optimales sont obtenues pour ces deux paramètres. Ensuite, nous avons étudié l’effet de la température sur les performances de la structure, nous avons obtenu de bons résultats pour les basses températures. Enfin, pour optimiser encore les performances de la cellule tandem étudiée nous avons ajouté une couche antireflet à la surface de la cellule. Le rendement réalisé par cette étude de simulation est passé de 1.52 % pour la structure de base à 8.43 % après optimisation des paramètres de la cellule solaire tandem. InGaN alloy takes great importance in photovoltaic applications due to its wide bandgap which extends from 0.65 eV (InN gap) to 3.43 eV (GaN gap), allowing the absorption of a large part of the solar spectrum and the fabrication of high-efficiency multi-junction solar cells. In this thesis, we studied a tandem structure of an InGaN-based solar cell by simulation. The structure consists of two pi-n homojunction sub-cells. The objective of the study is to optimize the performances of the cell; for this purpose, we used the Atlas software of SILVACO. We started by varying thickness of layers as well as the doping of the layers. Optimal values are obtained for these two parameters. Then, we studied the effect of temperature on the performance of the structure; we got good results for low temperatures. Finally, to further optimize the performance of the studied tandem cell, we added an antireflection layer to the cell surface. The efficiency achieved by this simulation study is increased from 1.52% for the basic structure to 8.43% after optimization of the tandem solar cell parameters.