Simulation d’une cellule solaire en couches minces à base de sulfure de plomb (PbS)

Abstract

For several years, the photovoltaic industry has not stopped looking for solutions to increase the performance/cost of solar cells, through massive investments and intensive research. That said, a lot of results and progress mean that the energy efficiency of current solar cells is still below expectations. The major challenge relates to the possibility of absorbing a large part of the light spectrum, which is why research today is turning to a new technology, that of nanotechnologies, as well as the use of materials capable of having a better absorption coefficient of the light spectra. Indeed, the arrival of nanotechnologies has opened up several perspectives in many different fields including that of photovoltaics, by making it possible to revolutionize the design and production of photovoltaic sensors, thus offering better absorption of the active spectrum and conversion of energy. energy carried by radiation at wavelengths previously inaccessible. In this global context of the diversification of the use of natural resources, recourse to renewable energies and in particular solar photovoltaic is increasing. As such, the development of a new generation of photovoltaic cells looks very promising, most of these cells exceeding 20% in recent years. Thus our work consists of an empirical simulation of a PbS-based solar cell and the objective is to optimize the coefficients and the physical properties (doping and thickness) in order to achieve the best efficiency and efficiency of photovoltaic conversion possible. This is done using the SCAPS-1D software which is a very practical tool and recommended in such a study.

Depuis plusieurs années, l'industrie du photovoltaïque ne cesse de chercher des solutions pour augmenter performance/Coût des cellules solaires, par des investissements massifs et des recherches intensives. Cela dit, beaucoup de résultats et de progrès n'empêche que le rendement énergétique des cellules solaires actuelles est toujours en dessous des espérances. Le défi majeur porte sur la possibilité d'absorber une large part du spectre lumineux, c'est pourquoi les recherches d'aujourd'hui se tournent vers une nouvelle technologie, celle des nanotechnologies, ainsi que l'utilisation de matériaux capables d'avoir un meilleur coefficient d'absorption des spectres lumineux. Effectivement, l'arrivée des nanotechnologies a ouvert plusieurs perspectives dans de nombreux domaines différents y compris celui du photovoltaïque, en permettant de révolutionner la conception et la production des capteurs photovoltaïques, ainsi offrir une meilleure absorption du spectre d'active et une conversion de l'énergie transportée par le rayonnement aux longueurs d'ondes auparavant inaccessibles. Dans ce contexte global de la diversification de l’utilisation des ressources naturelles, le recours aux énergies renouvelables et en particulier le solaire photovoltaïque se fait de plus en plus fort. A ce titre, le développement d'une nouvelle génération de cellules photovoltaïques s'annonce très prometteur, la plupart de ces cellules dépassant les 20% ces dernières années. Ainsi notre travail consiste en une simulation empirique d'une cellule solaire à base de PbS et l'objectif est d'optimiser les coefficients et les propriétés physiques (dopage et épaisseur) afin d'atteindre la meilleure efficacité et rendement de conversion photovoltaïque possible. Cela se fait à l'aide du logiciel SCAPS-1D qui est un outil très pratique et recommandé dans une telle étude.

لعدة سنوات ، لم تتوقف الصناعة الكهروضوئية عن البحث من أجل إجاد حلول لزيادة نسبة (الأداء \ التكلفة) للخلايا الشمسية، بالاستثمارات الضخمة والبحوث المكثفة. مع ذلك، فإن الكثير من النتائج والتقدم يعاني من مد مردودية الطاقة للخلايا الشمسية الحالية ولا تزال أقل من التوقعات. و يتعلق التحدي الرئيسي بإمكانية امتصاص جزء كبير من طيف الضوء، ولهذا السبب تحول البحث اليوم إلى تقنية جديدة، وهي تكنولوجيا النانو، فضلاً عن استخدام المواد القادرة على الحصول على معامل امتصاص أفضل للأطياف الضوء. في الواقع ، فتح وصول تقنيات النانوية العديد من المناظير في مجالات كثيرة ومختلفة ، بما في ذلك مجال الخلايا الكهروضوئية ، من خلال إتاحة إمكانية في إحداث ثورة لتصميم وإنتاج أجهزة الاستشعار الكهروضوئية ، وبالتالي توفير أفضل امتصاص لطيف النشط وتحويل الطاقة المنقولة عن طريق الإشعاع بأطوال موجية لم يكن بالإمكان الوصول إليها سابقًا. على هذا النحو فإن تطوير جيل جديد من الخلايا الكهروضوئية يبدو جد واعد، حيث تجاوزت أغلب هذه الخلايا 20٪ في السنوات الأخيرة. وهكذا فإن عملنا يتألف من محاكاة نمدجية لخلية شمسية تعتمد على قاعدة PbS والهدف هو تحسين المعاملات و الخصائص الفيزيائية (المنشطات و السمك) من أجل تحقيق أفضل كفاءة ممكنة لتحويل الضوئي. وهذا بإستخدام برنامج SCAPS-1D والذي يعد أداة عملية للغاية ويوصى به في مثل هكذا الدراس