Les cellules photovoltaïques en silicium : théorie et fabrication

Livre numérique

L’énergie photovoltaïque est aujourd’hui en plein essor. La part issue des panneaux solaires dans la production d’électricité est de plus en plus importante et connaître le fonctionnement physique et les moyens de production d’une cellule solaire en silicium devient inévitable dans ce domaine.Ce livre présente le mécanisme électronique régissant l’absorption d’un rayon lumineux par le silicium et la  propagation du courant créé, en introduisant entièrement la théorie de la jonction p-n. L’auteur décrit dans une deuxième partie les transformations successives d’une plaquette en silicium en cellule solaire. Enfin, dans une troisième partie, les améliorations pour augmenter le rendement des cellules sont exposées et permettent de mieux comprendre comment la filière photovoltaïque se transforme.Destiné à des étudiants, ingénieurs et chercheurs, ce livre permet d’avoir une vue très complète sur les cellules solaires en silicium.

Table des matières

Table des matières
Les cellules photovoltaïques en silicium : théorie et fabrication 1
Les cellules photovoltaïques en silicium : théorie et fabrication 2
Remerciements 4
Table des matières 6
Préface 10
Introduction 14
Partie I • Présentation et fonctionnement des cellules solaires standard en silicium massif 18
Chapitre 1 • Principe 20
Chapitre 2 • Représentation de l’énergie dans un semi-conducteur 26
2.1 Bandes d’énergie et bande interdite 26
2.2 Schéma de bandes 28
Chapitre 3 • Absorption de photons par le silicium 32
Chapitre 4 • Courants d’électrons et de trous 36
Chapitre 5 • Concentrations d’électrons et de trous 42
5.1 Jonction p/n en équilibre thermique 42
5.2 Jonction p/n hors équilibre thermique 47
Chapitre 6 • Zone de charge d’espace 50
6.1 Zone de charge d’espace en équilibre thermique 50
6.2 Zone de charge d’espace hors équilibre thermique 55
Chapitre 7 • Recombinaisons 56
7.1 Calcul des recombinaisons 56
7.2 Recombinaisons radiatives 57
7.3 Recombinaisons d’Auger 58
7.4 Recombinaisons de Shockley-Read-Hall 61
7.5 Recombinaisons surfaciques 63
Chapitre 8 • Caractéristiques d’une cellule solaire 68
Chapitre 9 • Modélisation électrique 72
9.1 Hors équilibre thermique et à l’ombre 73
9.2 Régime transitoire pour une cellule à l’ombre et une cellule éclairée 85
Chapitre 10 • Prédominance du silicium 86
Partie II • Étude d’une cellule solaire et des étapes de sa fabrication 96
Chapitre 11 • Processus de formation des cellules solaires et fabrication des plaquettes 98
11.1 Les quatre catégories de cellules solaires 98
11.2 Étapes de fabrication 99
11.3 Fabrication des plaquettes 104
Chapitre 12 • Texture 106
12.1 Microtexturation chimique par voie humide 108
12.2 Nanotexturation 116
12.3 Effets secondaires électriques 122
12.4 Comparaisons entre texturations 125
Chapitre 13 • Diffusion des atomes dopants dans le substrat 128
13.1 Lacunes et auto-interstitiels 129
13.2 Diffusion 131
13.3 Procédé de diffusion 143
Chapitre 14 • Passivation de la cellule solaire 144
14.1 Fondements de la passivation 145
14.2 Passivation à l’avant par dépôt de couches sur le silicium 145
14.3 Passivation par un champ de surface arrière (Back Surface Field, BSF) 149
Chapitre 15 • Couches anti-reflet 154
15.1 Calculs d’intensité lumineuse 155
Chapitre 16 • Collecteurs et bus 166
16.1 Conduction etmodélisation 166
16.2 Métallisation 168
Chapitre 17 • Isolation électrique de la cellule 176
Chapitre 18 • Les cellules du futur 178
18.1 Cellule à emetteur et face arrière passivés 178
18.2 Cellule traversée par des connecteurs métalliques (Metal Wrap Through Solar Cell,MWT) 180
18.3 Cellule à émetteur et face arrière passivés et traversée par des connecteursmétalliques (PERC-MWT) 183
18.4 Cellule traversée par des émetteurs cylindriques (Emitter Wrap-Through Solar Cells, EWT) 183
18.5 Cellule à substrat fritté 184
18.6 Cellules à substrat de type n 184
Bibliographie 190
Index 218

Compléments

Compléments