Simulation d'une cellule solaire photovoltaïque en couche mince à hétérojonction : CdS/CIGS et CdS/CZTS

Abstract

L’objectif de ce travail est de faire une simulation d’une cellule solaire photovoltaïque en couche mince à hétérojonction : Tampon (CdS) (n) / Absorbeur (p), permettant de relier les caractéristiques de cette cellule aux paramètres des matériaux en vue d’améliorer ses performances. La simulation est effectuée en suivant un modèle mathématique à l’aide du langage de programmation MATLAB. Deux types d’absorbeurs sont pris comme exemples d’études, le premier est le diséléniure de cuivre, d’indium et de gallium Cu(In,Ga)Se2 CIGS et le deuxième est le Cuivre-Zinc-Étain Sulfure/Séléniure Cu2ZnSn(S,Se)4 CZTSSe. Il est trouvé que, les performances de la cellule sont presque invariables tant que l’épaisseur de la couche fenêtre est inférieure ou égale à la largeur de la zone de charge d’espace. Mais, dès qu’elle dépasse cette largeur, une légère réduction de ces performances est observée. Cependant, l’épaisseur de la couche absorbeur doit avoir une valeur au moins égale à la largeur de la zone de déplétion de son coté et au maximum égale à la somme cette largeur de la zone de déplétion et la longueur de diffusion des électrons. Une valeur optimale du gap de l’absorbeur de 1.5 eV est obtenue. Cette valeur est le compromis entre la diminution de la densité de courant de court-circuit et l’augmentation de la tension de circuit ouvert avec l’augmentation du gap. Une valeur optimale de la densité de défauts est de 1013 cm-3 pour le CIGS et 1015 cm-3 pour le CZTSSe. Cela conduit à un rendement maximal de la cellule de 30.5 % pour le CIGS et 12.1% pour le CZTSSe. Nous avons aussi trouvé pour les cellules à base de CIGS que, les meilleures cellules sont celles ayant une résistance série et un facteur de qualité les plus faibles possibles ainsi qu’une résistance shunte qui dépasse 103 Ω-Cm2.