Simulation d'une architecture de contacts traversants appliquée aux cellules solaires multi-jonctions à opération concentrée

Abstract

L’opération de cellules solaires sous un flux de lumière concentrée permet d’accroître leur efficacité. Les densités élevées de courant généré limitent toutefois ce gain et font chuter l’efficacité par effet Joule. L’aire métallisée des contacts en face avant des cellules solaires doit alors être augmentée avec le facteur de concentration. Cela provoque des pertes par ombrage qui deviennent très importantes dans le cas des contacts conventionnels en grille. Dans ce mémoire, une nouvelle architecture de contact se basant sur la technologie des vias traversants est étudiée et comparée aux contacts conventionnels. Celle-ci pourrait permettre une réduction simultanée des pertes par effet Joule et par ombrage pour un faible coût. Un modèle de simulations combinant l’évaluation de résistance série par éléments finis 3D et le calcul des performances avec un circuit équivalent 1D a été développé. Cela a permis d’optimiser des cellules solaires InGaP/(In)GaAs/Ge avec les différentes géométries de contacts sous lumière hautement concentrée. Un gain d’efficacité allant jusqu’à 3%abs et une augmentation de la densité de puissance générée de l’ordre de 20% ont ainsi été obtenus avec les cellules à vias traversants. Un modèle de circuit distribué 3D a également été développé pour simuler l’illumination non-uniforme des cellules solaires. Il a alors été montré que la dégradation des performances associée à ce phénomène est égale ou inférieure dans les cellules à vias traversants par rapport aux cellules conventionnelles. Enfin, des simulations par éléments finis ont été réalisées pour estimer l’impact de la qualité des parois des vias sur les recombinaisons non-radiatives. Il a alors pu être déterminé que ce mécanisme de pertes ne devrait pas constituer un frein au développement de la technologie des vias traversants.