La cellule photovoltaïque est l'élément de base de la conversion photovoltaïque. Dans l'obscurité, elle se comporte comme une jonction PN (diode). Dans ces conditions, on retrouve pour une cellule la caractéristique courant - tension d'une jonction PN (cf. figure 1). L'animation suivante permet de visualiser cette caractéristique, après avoir choisi la convention: générateur ou récepteur, ainsi que le type d'éclairement. Figure 1: caractéristique jonction PN
Quand la cellule est illuminée, elle produit un courant d'autant plus élevé que l'éclairement est intense. Ce courant est proportionnel à l'éclairement. On retrouve donc la même caractéristique que ci-dessus, mais décalée vers le bas d'un courant I ph (photocourant) correspondant à l'intensité de l'éclairement. Enfin, notons que pour obtenir la caractéristique de courant-tension (cf. figure 2a), on prend comme référence pour le courant le sens opposé à I d (cf. Schéma équivalent et caractéristique courant-tension de la cellule solaire:. figure 4), soit le sens du photocourant I ph. On peut aussi obtenir la caractéristique en puissance P = f(U), qui, pour des conditions d'éclairement et de température données met en évidence un point de fonctionnement à puissance maximum, comme visible sur la figure 2b.
Schéma Équivalent Cellule Photovoltaique Du
La détermination
de la valeur exacte du courant I sc dépend du modèle choisi pour la cellule solaire. Pour une cellule
idéale, le courant de court-circuit est égal au courant I ph. Pour une cellule réelle qui utilise le modèle
à un seul exponentiel, le courant I sc devient encore plus compliqué.. Il croît avec l'intensité
d'illumination de la cellule et dépend de la surface éclairée, de la longueur d'onde du
rayonnement, de la mobilité des porteurs et de la température. I. Tension à circuit ouvert, Voc
La tension de circuit ouvert V oc, est la tension mesurée lorsqu'aucun courant ne circule dans le
dispositif photovoltaïque. Elle dépend essentiellement du type de cellule solaire (jonction p-n,
jonction Schottky), des matériaux de la couche active et de la nature des contacts couche
active-électrode. Elle dépend de plus de l'éclairement de la cellule. Cellule photovoltaïque – Principe de fonctionnement | Planète Énergies. A partir de l'expression du courant
total de la cellule sous illumination, équation (I. 5) dans le cas d'un courant nul, on obtient son
expression:
𝑉 𝑐𝑜 = 𝐾𝑇
𝑞 𝐿𝑜𝑔 [ 𝐼 𝑝ℎ
𝐼𝑠 + 1] (I.
C'est la raison pour laquelle le rendement réalisé pour les
premières cellules solaires était seulement de l'ordre de 10%. Ce problème a été résolu
partiellement grâce à la croissance d'une couche de Al x Ga 1-x As sur la surface du GaAs. Les
deux matériaux ayant des paramètres cristallins voisins, peu de défauts et de centres de
recombinaison pouvant exister à l'interface entre les deux semi-conducteurs. Schéma équivalent cellule photovoltaique.fr. C'est ainsi que
le rendement des cellules au GaAs a dépassé la première fois 20% [45]. La cellule supérieure étant une hétérostructure Al x Ga 1-x As/GaAs. L'état graduel de la
bande interdite de la couche AlGaAs résulte en un champ interne qui réduit les pertes par
recombinaison à la surface et en volume [46]. Il a été découvert que l'interface AlGaAs/GaAs est caractérisée par une faible densité de
défauts étendus en raison des mêmes paramètres de réseau à la température de croissance des
couches épitaxiales. Celle-ci a fournie dans les cellules solaires basées sur des structures
AlGaAs/GaAs une faible vitesse de recombinaison surfacique (S) et deux côtés porteurs de
collecte avec un rendement élevé η = 25-27%.
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