Conversion photovoltaique

...

Où : énergie absorbée. i : énergie incidente.[pic 5]

α : coefficient d’absorption qui dépend du matériau et de l’énergie incidente [][pic 6]

d : épaisseur de matériau. [2].

Comment peut-on procéder pour augmenter l’absorption et diminuer la réflexion ?

Dans le principe du piégeage par diffusion dans une photopile, on utilise un électrode arrière d’aluminium réfléchissante qui permet de subir un deuxième passage dans les couches actives car la diffusion est aussi un moyen d’améliorer l’absorption lorsque les couches sont rugueuses .On diminue la réflexion par : connaissant que la paroi admet un indice de réflexion dont en dépend la réflexion. Le coefficient de réflexion lorsque la lumière passe deux milieux :

[pic 7]

Où n1 et n2 sont les indices de réfraction de deux métaux en contact. Ainsi si la différence des ces indices est très grande, on obtient réflexion forte. Prenons l’exemple de silicium brut (n=3.75 à λ=0.6µ) en contact avec l’air (n=1) réfléchit 33% de la lumière qu’il reçoit [3]. La solution est de faire apparaître, de couches proches ayant des indices proches.

2) Le transfert d’énergie des photons aux charges électriques :

Connaissant que chaque matériau est constitué des noyaux (des protons et des neutrons) et des électrons qui gravitent autour de lui .On s’intéresse aux électrons de valence qui sont le plus loin du noyau de semi-conducteurs. Ainsi, ces électrons sont invités à produire le courant électrique à condition d’illumination, après qu’on les collecte.

Le semi-conducteur comporte des électrons libres, contrairement à un isolant où tous les électrons sont fortement liés, et à un conducteur électrique, dans lequel, il existe une forte densité d’électrons libres.

Ainsi, lors de l’arrivée d’un photon au semi-conducteur, il y aura le phénomène de cassure de liaison entre l’électron de valence et son noyau, ce mécanisme est analogue à « places de parking » : en effet, lorsque l’électron est libéré de son noyau, à cause du photons, il résulte l’existence d’un trou c'est-à-dire une charge positive . L’électron de l’atome voisin tend à combler ce trou, ce processus se répète n fois de façon qu’ on génère une circulation de charge élémentaires d’électrons dans un sens et de trous dans l’autre sens ce qui donne un courant électrique . Notons que la libération des électrons, ne se passe pas toujours car on doit avoir le seuil d’énergie, c’est-à-dire que l’électron ne peut être libéré de bande de valence que si le matériau a reçu une quantité d’énergie minimale à cette libération. Ce seuil est nommé aussi, sous le nom de « gap optique » du matériau ou « largeur de bande interdite ».

Cette dernière dépend de la nature de matériau et donc chaque photon qui a une énergie inférieur à ce seuil, il ne pourra pas créer la paire électron trou et ne sera pas absorbé.

Dans ce cadre, comme on s’intéresse au semi-conducteur silicium dont le gap optique est de (cristallin), et le photon qui a cette énergie a une longueur d’onde λ=1.13 µm (proche dans infrarouge).[pic 8]

Le silicium amorphe : et la longeur d’onde associe au photon et appartient au visible (rouge) où (domaine visible : rouge).[pic 9][pic 10]

Cela est déterminé en se basant sur la formule suivante :

=====> [pic 11][pic 12]

Où h : constante de Planck.

C : célérité de la lumière.

λ : la longueur d’onde associée. [4]

Remarque :

On peut conclure que seuls les photons qui ont une énergie supérieure à ces seuils, ont des longueurs d’ondes très inferieurs sont utiles pour la conversion photovoltaïque. Lorsque l’énergie de gap , tout ca marche normalement. Lorsque l’énergie de gap , on a surplus d’énergie qui sera réduit tout de suite sous l’effet de « désexcitation spontané ».Si , le photon ne sera pas absorbé.[pic 13][pic 14][pic 15]

3) la collecte des charges :

C’est une étape fondamentale pour produire l’électricité, en effet : après qu’on libère les électrons, ont doit les grouper hors du matériau. Lors de circulation des électrons, on obtient un courant électrique. Sinon, ces électrons vont combler leurs trous, ce qui produit la chaleur sans électricité. Pour empêcher cette dernière situation, on doit créer un champ électrique à l’intérieur du semi-conducteur qui entraine les charges négatives d’un coté et les charges positives de l’autre coté. Cela nécessité la réalisation d’une jonction PN par le dopage du semi-conducteur : une partie de silicium est dopée au phosphore (P) de type « N» : en effet, puisque le silicium admet 4 électrons dans la couche de valence et le phosphore admet 5 électrons de valence, la liaison se fait entre les atomes de ces éléments, mais il reste un électron de phosphore sans liaison d’où cette partie devient chargée négativement et l’autre partie de silicium est dopée au bore (B) de type « p » : en effet, on admet que le bore a 3 électrons de valence, il reste un trou lors de liaison avec silicium d’où cette partie devient chargé positivement.

Ainsi, les électrons migrent donc vers la zone « p » et les trous migrent vers la zone « n », d’où création d’une différence de potentiel c’est-à-dire un champ électrique en se basant sur la formule :

[pic 16]

C’est la jonction PN.

CHAPITRE 2 : LES COMPOSANTES D’UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE ET LES DIFFERENTES TYPES D’INSTALLATIONS.

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

[pic 17]

Figure 2.1 : schéma des composantes d’un système photovoltaïque.

1) les modules photovoltaïques :

Les modules photovoltaïques jouent le rôle de convertir l’énergie solaire en électricité .On ne doit pas les confondre avec les capteurs