Modélisation et Optimisation d’une photopile à base d’InxGa1-xN sous éclairement monochromatique en régime dynamique fréquentiel

Abstract

Les alliages InxGa1-xN ont récemment émergé en tant que matériaux prometteurs pour les cellules solaires photovoltaïque, en raison de leur bande interdite directe qui couvre quasiment la totalité du spectre solaire, tout en présentant une forte absorption optique d’environ 105 cm-1 près de la bande interdite. Dans ce travail il a été question de faire une modélisation et optimisation d’une photopile à base d’InxGa1-xN sous éclairement monochromatique en régime dynamique fréquentiel. D’abord nous avons élaboré un modèle mathématique de la photopile à base d’InxGa1-xN dans le but d’étudier son comportement, lorsqu’elle est soumise à un éclairement monochromatique en régime dynamique fréquentiel. Ensuite nous avons simulé les différents paramètres électriques de la photopile dans le but de mettre en évidence l’effet de la fréquence de modulation, de la fraction d’indium, de la longueur d’onde en fonction de la profondeur de la base, de la vitesse de recombinaison de la face avant et de la fréquence sur les différents paramètres électriques de la photopiles (coefficient de diffusion, densité de photocourant, phototension etc.). Nous avons fait une analyse des résultats obtenus de la simulation et il en ressort que l’élévation de la fréquence de modulation a un effet négatif sur la diffusion des charges photogénérées provoquant ainsi une grande concentration des porteurs de charges minoritaires dans la base et une diminution de la densité de photocourant. De même que l’augmentation de la fraction d’indium dans l’alliage InxGa1-xN, de la fréquence et de la longueur d’onde ont un effet négatif pour certains paramètres électriques tel que : la densité de photocourant, la phototension, le courant de court-circuit, la tension en circuit ouvert de la photopile et positive sur d’autre comme la résistance shunt. Enfin nous avons fait une optimisation en simulant le rendement de la photopile en fonction de la fraction d’indium x pour différentes valeurs de la fréquence. Cela nous a permis d’obtenir pour une fréquence d’éclairement allant de 0 à 107 rad/s, les valeurs optimales de la fraction d’indium qui sont respectivement xopt = 0,28 et 0,26 pour des longueurs d’ondes respectives λ égal à 0,5 μm et 0,9 μm avec des rendements optimaux respectives Ƞ égal à 28,7% et 26,6%.