Université de Cergy-Pontoise. Master 1 Physique. Cellules Photovoltaïques.

CELLULES PHOTOVOLTAIQUES.
Etude et comparaison de deux types de cellules.

B. AMANA, Ch. RICHTER et O. HECKMANN

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La manipulation a pour but l'étude du fonctionnement des cellules photovoltaïques et la comparaison des performances de deux types de cellules : une cellule au silicium mono-cristallin et une cellule au silicium amorphe (7 cellules montées en série).

I-THEORIE.
Seul sera considéré pour exposer le principe de fonctionnement d'une cellule photovoltaïque, le cas des cellules à base de silicium cristallin. La structure électronique d'un semi-conducteur est représentée sur la figure I-1.

Bande de Conduction
Ec

de
Ban

rdit e t n I

e

Bande de Valence

Ef
Ev

Figure I-1

I-1 Niveaux d'énergie d'un semi-conducteur.
A l'état fondamental (T= 0 K) tous les électrons de la couche M du silicium se trouvent dans la bande de valence BV. La formation d'une bande résulte de l'interaction par résonance des 4 états d'hybridation sp3 des N atomes Si de tout l'échantillon. La largeur totale de la bande de valence est d'une dizaine d'eV. Vu le très grand nombre d'états qu'elle renferme, on peut la considérer comme un quasi continuum. L'énergie du bord supérieur de la BV est notée Ev.
Le nombre d'états d'énergie comprise entre E et E+dE est donné par N(E).dE où N(E) est la densité d'états pour l'énergie E.

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La bande de conduction BC représente le premier état excité (états anti-liants des électrons formant les liaisons Si-Si). Elle est vide à 0 K. Sa limite inférieure est notée Ec. La région comprise entre les bandes BV et BC s'appelle bande interdite, elle ne contient aucun état susceptible de recevoir un électron. Pour le silicium cristallin sa largeur est de 1,08 eV. A T ≠ 0, un certain nombre d'électrons sont excités