Rapport de stage

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Rapport de stage

Rapport de stage
CARACTERISATION DES PERFORMANCES
DE CELLULES SOLAIRES ET ETUDE
DES SHUNTS PAR INFRAROUGE
Elsa Cuartero
DUT Mesures Physiques spécialité Technique Instrumental
Promotion 2011/2013
Tuteur de stage : Guy Lazzarelli
Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier Mr Yvon Pellegrin, directeur générale
du groupe Semco-Engineering, pour m’avoir permis de faire mon stage à
Irysolar.
De même, je remercie Mr Guy Lazzarelli, responsable d’Irysolar, pour
m’avoir accueilli et suivit dans mon stage.
Je remercie chaleureusement Mr Erwann Picard et Mr Bachir Semmache,
pour les conseils et les connaissances qu’ils m’ont apportés toujours dans la
bonne humeur.
Je souhaite aussi remercier Mr Laurent Crampette et Mlle Lucile Valette
pour leur aide précieuse.
En outre, je remercie toute l’équipe du groupe Semco-Engineering, et
notamment l’équipe d’Irysolar pour leur accueil et les connaissances qu’ils
m’ont apportées.
Merci à tous !
Résumé
J’ai effectué mon stage au sein d’Irysolar à Montpellier. Irysolar est une
entreprise spécialisée dans le domaine du photovoltaïque. Elle est composée
d’une ligne de production et d’un pôle de recherche et développement.
Mes travaux se sont portés sur la caractérisation des performances des
cellules solaires multicristallines au silicium et l’étude des shunts par
infrarouge.
Tout d’abord, je présente le processus de fabrication des cellules chez
Irysolar. Puis l’essentiel des connaissances nécessaires à la compréhension de
l’effet photovoltaïque et également les paramètres électriques utiles pour
l’analyse des performances des cellules.
Pour finir j’expose l’étude expérimentale qui se décompose en deux
temps. Dans un premier temps, la caractérisation des cellules grâce à différents
appareils de mesures et la comparaison de ces appareils. Dans un deuxième
temps l’étude des shunts et la mise en place d’un banc de mesure de détection
des courants de fuite par infrarouge.
Sommaire
Introduction ......................................................................................................... 1
Cadre général ....................................................................................................... 2
I.
Présentation de léntreprise.......................................................................................... 2
a.
Missions ....................................................................................................................... 3
b.
Répartition du chiffre d’affaires de Semco Engineering par activité .......................... 3
c.
Moyens ........................................................................................................................ 3
II. Processus de fabrication des cellules Irysolar............................................................. 4
Les cellules photovoltaïques en silicium cristallin ............................................ 7
I.
Effet photovoltaïque ...................................................................................................... 7
a.
Rayonnement solaire ................................................................................................... 7
b.
Principe de fonctionnement ......................................................................................... 8
II. Caractéristique I-V et performances d’une cellule .................................................. 10
a.
Diode idéale ............................................................................................................... 10
b.
Diode non idéale ........................................................................................................ 10
c.
Paramètres électriques principaux ............................................................................. 11
Etude expérimentale.......................................................................................... 14
I.
Caractérisation des cellules ........................................................................................ 14
a.
Protocole .................................................................................................................... 14
b.
Appareils .................................................................................................................... 15
c.
Résultats..................................................................................................................... 16
II. Analyse des shunts ....................................................................................................... 20
a.
Appareils de caractérisation des problèmes de shunt ................................................ 20
b.
Manipulation .............................................................................................................. 22
c.
Amélioration du banc de mesure par infrarouge ....................................................... 24
Conclusion générale et perspectives ................................................................ 28
Bibliographie ...................................................................................................... 29
Annexes ............................................................................................................... 31
Introduction
Le développement des énergies renouvelables représente un des défis majeurs de nos
sociétés pour les générations futures. En effet, la consommation mondiale d’électricité n’a
cessé d’augmenter ces dernières décennies. La production mondiale d’énergie actuelle est
constituée à 80% d’énergies fossiles (pétrole, charbon, gaz) et fissiles (nucléaire). Dans le cas
des énergies d’origine fossile se pose tout d’abord le problème de l’approvisionnement prévu
dans les quelques dizaines d’années à venir en cas de maintien, voire d’intensification, du
rythme de la consommation. S’ajoute à cela la question du rejet massif de CO2 lié à la
combustion de ces matières premières, qui devient de plus en plus inquiétante puisque ce gaz
à effet de serre contribue au réchauffement climatique. L’énergie nucléaire, dont
l’approvisionnement à long terme n’est pas non plus assuré, reste très critiquable en raison
notamment de la difficulté de stockage des déchets ultimes. La nécessité et l’urgence de
combiner la réduction de la consommation et le développement des énergies renouvelables et
non polluantes, c'est-à-dire peu émettrices de CO2, s’impose donc comme un enjeu crucial.
Les solutions de conversion d’énergie ne manquent pas : photovoltaïque, hydroélectricité,
éolien, biomasse, géothermie…
L’énergie photovoltaïque, à savoir la conversion directe de l’éclairement solaire en
électricité, possède un potentiel énorme. En effet, l’énergie du rayonnement solaire sur terre
est colossale (de l’ordre de 1000 W.m-2). De plus, les systèmes photovoltaïques sont très
avantageux de par leur fiabilité, leur facilité d’entretien, et leur caractère écologique, avec une
faible émission de CO2 émis comprise entre 25 et 35g/Wh (contre 980g/Wh pour le charbon
ou 430 g/Wh dans le cas du gaz).
Le matériau le plus utilisé et industrialisé depuis 50 ans pour la fabrication de cellules
photovoltaïques est le silicium cristallin (80% de la production mondiale). Ce dernier présente
en effet de nombreux avantages : abondance sur terre, bas prix, non toxicité, dopage facile…
De plus, il bénéficie d’une implantation importante dans l’industrie de la microélectronique.
Ce stage est basé sur la caractérisation de cellules solaires multicristallines au
silicium, et plus particulièrement sur l’étude des shunts. Les shunts peuvent affecter
significativement les performances de conversion des cellules.
Ce rapport s’articule autour de trois chapitres :
Le premier chapitre présente l’entreprise d’accueil, la chaine de production
pilote ainsi que le processus de fabrication des cellules photovoltaïques fabriquées en son
sein.
Le second chapitre introduit l’essentiel des connaissances nécessaires à la
compréhension de l’effet photovoltaïque et également les paramètres électriques utiles
pour la suite.
Le dernier chapitre est consacré à la partie expérimentale, c'est-à-dire à la
caractérisation des cellules grâce à différents appareils de mesure ainsi qu’à
l’analyse des shunts.
1
Cuartero Elsa / DUT Mesures Physiques / 2013 / IUT de Montpellier
Cadre général
I.
Présentation de léntreprise
Situé au 395 rue Louis Lépine à Montpellier, Irysolar est une société du groupe Semco
engineering. Semco Engineering est une PME active dans le Silicon High Tech par ses
activités d’équipementier fournisseur de machines thermiques spécialisées pour la production
de masse de wafers dans les industries du semi-conducteur et du photovoltaïque. L’équipe
Semco Engineering, au cœur de ce marché depuis 1980, a acquis UPSYS repreneur de ASM
fours horizontaux en 2001, QUALIFLOW (composants de transfert de gaz purs) et JIPELEC
(RTP) en 2005, puis a créée IRYSOLAR en 2006 dédiée au Service fabrication de cellules
Silicium et aux essais pilote d’équipements innovants pour les besoins des clients Semco.
IRYSolar est actuellement équipé d’une ligne de production d’une capacité de 10 MW/an.
Figure 1.
Synoptique de l’entreprise
Mon stage a lieu dans lúnité de recherche et développement d’Irysolar qui, en
parallèle de la production quotidienne, développe une technologie de cellules solaires sur
substrat silicium de type N ayant un rendement supérieur à 21% ainsi que l'outil de production
nécessaire à leur fabrication (projet Monoxen).
2
a. Missions
La fonderie PV Irysolar produit sur-mesure des cellules solaires en silicium cristallin
selon les spécifications client. Cette activité est exercée avec le support scientifique et
technique d’ingénieurs et de techniciens. Depuis sa création en 2006 Irysolar a développé de
nombreuses relations de partenariat et de R&D collaborative avec des équipes de recherche et
des fabricants de cellules solaires français (Institut des nanotechnologies de Lyon, PROMES à
Perpignan, l’IES de Montpellier, INES du Bourget-du-Lac…). De plus, Irysolar participe
directement ou indirectement à des projets nationaux de R&D (PV alliance, DERBI Presinol,
PV20, OSEO MonoXen).
b. Répartition du chiffre d’affaires de Semco Engineering par activité
Figure 2.
Chiffre d’affaires de Semco Engineering
c. Moyens
La ligne de production pilote est équipée de tout le matériel de traitement et de
caractérisation nécessaire à la fabrication des cellules solaires à partir de wafers de silicium.
Celle-ci est installée dans une salle blanche de 1000 m² où 33 employés (26 opérateurs et 7
ingénieurs dédiés à la R&D) travaillent.
3
II.
Processus de fabrication des cellules Irysolar
Les cellules utilisées dans le cadre de la production sont en silicium multicristallin de
type p.
On différencie le silicium monocristallin (c-Si), composé d’un seul cristal, du silicium
multicristallin (mc-Si), formé de nombreux cristaux (de quelques millimètres à plusieurs
centimètres) séparés par des joints de grains (de l’ordre de 10-100nm). Ces derniers
regroupent des impuretés agrégées lors de la fabrication et qui, en trop grande quantité,
peuvent limiter les performances des cellules de manière considérable. L’intérêt de ce
matériau cristallin de moindre qualité est son très bon rapport performance/couts (Wp/€).
Ces substrats de silicium (appelés plus communément « wafers ») sont transformés en cellules
fonctionnelles grâce à différents traitements résumés par la figure 3 et décrits plus en détail
dans le tableau de la figure 5.
Figure 3.
Ligne de production Irysolar des cellules multicristallines
Afin de diminuer au maximum les effets de réflectivité de la surface de la cellule nous
devons traiter celle-ci. Pour cela deux processus sont mis en place (figure 4) :
-
La texturisation qui permet la création de pyramides à la surface afin de « piéger » la
lumière,
La couche anti-reflet qui permet une interférence sélective en fonction de la longueur
d’onde.
4
Figure 4.
Structure d’une cellule en silicium de type p
Les électrodes nécessaires à la collecte du courant sont déposées par sérigraphie
(indiqués par la vue en coupe, figure 4). L’une recouvre la totalité de la face arrière pour
assurer le contact avec la zone p. L’autre en forme de grille sur la face avant crée le contact
avec la zone n. Ce procédé s’appelle la métallisation.
Le processus de fabrication complet est décrit dans le tableau ci-dessous :
Etape
Texturisation
Technique d’élaboration
Gravure chimique dans un
bain acide HF:HNO3
Netoyage
Bain de HF:HCL
Emetteur
Diffusion de phosphore (POCl 3)
sur les 3 premiers micromètres du
wafer
Bain de HF
Enlèvement du PSG
Ouverture de la
jonction
Dépôt de la
couche anti-reflet (Arc)
Gravure plasma avec un mélange
gazeux de C2F6 et O2 soumis à un
champ de radiofréquence
Déposition de SiN a partir d’un
plasma d’ammoniac (NH3) et de
silane (SiH4)
Métallisation
Déposition de la grille en face
avant (pate d’argent)
et du contact arrière (pate
d’aluminium)
« Firing »
Trois étapes de séchage successif
(450°C, 625°C et 810°C)
Mesure de rendement
Flash testeur qui illumine la cellule
et mesure le rendement
Figure 5.
Rôle
Forme un relief en forme de
pyramide sur la surface afin de la
rendre moins réfléchissante
Enlève les impuretés se trouvant
dans le bain de texturisation
Dopage du silicium (création d’un
émetteur n+)
Enlève le verre de phosphore de la
surface
Elimination des courts-circuits
entre l’émetteur n+ et la base p
Diminution de la réflectivité et
amélioration
de la passivation en surface
et en volume
Assurer une bonne conduction du
courant
Permet de faire pénétrer la pate Ag
dans le SiN et la pate Al dans le
silicium
Contrôle de la puissance fournit
par les cellules et les classes selon
le rendement
Tableau des différentes étapes de fabrications
La dernière étape consiste à testée et classée chaque cellule selon des catégories de
puissance pour avoir des assemblages homogènes (flash testeur : Pasan). C’est la moins bonne
cellule qui déterminera le rendement d’un module.
5
Conclusion :
Irysolar est une entreprise créée par la société SEMCO Engineering associant plusieurs
activités dans le photovoltaïque. Tout d’abord elle permet de tester les équipements innovants
de la société SEMCO pour les besoins de leurs clients. Elle est également équipée d’une ligne
de production permettant la fabrication des cellules solaires. De plus, elle développe des
projets d’amélioration de la fabrication et du rendement des modules photovoltaïques grâce à
un pôle de recherche et développement et plusieurs partenariats avec des laboratoires de
recherche.
Nous avons pu voir que le processus de fabrication est complexe et demande différents
traitements avant d’obtenir une cellule fonctionnelle. Il faut se pencher sur le fonctionnement
des cellules en silicium cristallin pour mieux comprendre l’utilité de ces différentes étapes.
Dans le chapitre suivant nous aborderons donc la théorie générale sur les cellules
photovoltaïques.
6
Les cellules photovoltaïques en
silicium cristallin
I.
Effet photovoltaïque
Découvert en 1839 par le physicien français Antoine Becquerel, qui se demandait
pourquoi certains matériaux faisaient des étincelles lorsqu'ils étaient exposés à la lumière.
L'effet photovoltaïque correspond à l'apparition d'une différence de potentiel entre les deux
côtés d'une jonction semi-conductrice sous l'action d'une radiation lumineuse. Il resta
longtemps considéré comme une curiosité scientifique.
L'énergie photovoltaïque eut un regain d'intérêt dans les années 1950 lors des premiers
lancements spatiaux de satellites puis lors des missions lunaires. Les crises économiques des
années 1970 (flambée des prix du pétrole en 1973) puis les accidents de centrales nucléaires
tels ceux de Three Mile Island (USA, 1979) ou de Tchernobyl (URSS, 1986) et plus
récemment Fukushima (Japon, 2011) renforce l'intérêt du grand public envers les énergies
renouvelables, en particulier l'énergie photovoltaïque qui s'impose comme une des sources
d'énergies renouvelables les plus prometteuses.
a. Rayonnement solaire
Le rayonnement solaire est constitué de photons dont la longueur d’onde s’étend de
l’ultraviolet (0.2 μm) à l’infrarouge lointain (2.5 μm). On utilise la notion AM pour Air Mass
afin de caractériser le spectre solaire en terme d’énergie émise. L’énergie totale transportée
par le rayonnement solaire sur une distance soleil-Terre est de l’ordre de 1350W/m² (AM0)
dans l’espace hors atmosphère terrestre (Figure 6). Lorsque le rayonnement solaire traverse
l’atmosphère, il subit une atténuation et une modification de son spectre, à la suite de
phénomènes d’absorption et de diffusion dans les gaz, l’eau et les poussières. Ainsi, la couche
d’ozone absorbe une partie du spectre lumineux provenant du soleil, et en particulier une
partie des ultraviolets. Le rayonnement solaire direct reçu au niveau du sol (à 90°
d’inclinaison) atteint 1000 W/m² du fait de l’absorption dans l’atmosphère (AM1). Cette
valeur change en fonction de l’inclinaison des rayons lumineux par rapport au sol. Plus
l’angle de pénétration θ est faible, plus l’épaisseur atmosphérique que les rayons auront à
traverser sera grande, d’où une perte d’énergie conséquente. Par exemple, l’énergie directe
transportée par le rayonnement solaire atteignant le sol avec un angle de 48° avoisine les 833
W/m² (AM1.5).
Pour connaître le rayonnement global reçu au sol, il faut ajouter à ce dernier le
rayonnement diffus. Le rayonnement diffus concerne tout le rayonnement dont la trajectoire
entre le soleil et le point d'observation n'est pas géométriquement rectiligne et qui est dispersé
ou réfléchi par l'atmosphère ou bien le sol. Ainsi, on obtient une référence du spectre global
notée AM1.5 avec une puissance de 1000W/m.
7
Figure 6.
Représentation des spectres solaires AM0, AM1.5D et AM1.5G en fonction de la
longueur d’onde
b. Principe de fonctionnement
L’effet photovoltaïque est basé sur la transformation directe d’une énergie
électromagnétique (rayonnement) en énergie électrique de type continu. Cette transformation
est basée sur les trois mécanismes suivants :



l’absorption des photons par le matériau constituant la cellule
la conversion en énergie électrique, c'est-à-dire la création de paires électron/trou dans
le matériau
la collecte des porteurs générés dans un circuit électrique extérieur
La dissociation des paires électron/trou photo-générées nécessite la présence d’un
champ électrique permanent. On crée alors une dissymétrie électrique permettant de collecter
l’électron libéré par absorption d’un photon. Elle est obtenue par la création d’une jonction
entre deux semi-conducteurs dopés différemment. Dans le cas d’une cellule solaire à base de
silicium de type p, la structure utilisée est une jonction p-n. Cette dernière est constituée d’un
substrat de base en silicium de type n, appelé émetteur. Ces deux types de silicium sont en
pratique réalisés comme indiqué ci-dessous :


Le type n : Silicium tétravalent dopé par du phosphore pentavalent. Création
d’électrons libres.
Le type p : Silicium tétravalent dopé avec du Bore trivalent. Création de lacunes.
Figure 7.
Dopage de type n (à gauche) et dopage de type p (à droite)
8
Lors de l’établissement d’une jonction p-n à l’obscurité (figure 8), les porteurs
majoritaires, électrons côté n et trous côté p, diffusent respectivement vers les zones p et n. Il
en résulte l'apparition d'une zone exempt de charges mobiles, la Zone de Charge d’Espace
(ZCE), où seuls demeurent les atomes d'impuretés fixes, ions accepteurs côté p, ions donneurs
côté n, ainsi que les atomes de silicium neutres. Les charges constituées par les ions fixes sont
à l'origine d'un champ électrique E dans la zone de transition.
Sous éclairement, les photons incidents créent des paires électron/trou dans les zones
n, p et dans la ZCE. Dans les zones n et p d’une part, les porteurs minoritaires atteignant la
ZCE sont happés par le champ électrique, vers la zone p pour les trous et vers la zone n pour
les électrons, produisant l’apparition d’un photo-courant de diffusion. Les paires électron/trou
générées au niveau de la ZCE sont dissociées par le champ, entraînant également l’envoi des
électrons vers la zone n et les trous vers la zone p.
Figure 8.
Schéma de la structure et diagramme de bande d’une cellule photovoltaïque en
silicium de type p
Les photons incidents créent des porteurs dans les zones n et p et dans la zone de charge
d'espace. Les photoporteurs auront un comportement différent suivant la région :
•
•
dans la zone n ou p, les porteurs minoritaires qui atteignent la zone de charge d'espace
sont "envoyés" par le champ électrique dans la zone p (pour les trous) ou dans la zone
n (pour les électrons) où ils seront majoritaires. On aura un photocourant de diffusion ;
dans la zone de charge d'espace, les paires électron/trou créées par les photons
incidents sont dissociées par le champ électrique : les électrons vont aller vers la
région n, les trous vers la région p. On aura un photocourant de génération.
Ces deux contributions s'ajoutent pour donner un photocourant résultant Iph. C'est un courant
de porteurs minoritaires. Il est proportionnel à l'intensité lumineuse.
9
II.
Caractéristique I-V et performances d’une cellule
Lorsqu’une jonction PN, réalisée à partir de matériaux sensibles à la lumière est
éclairée, elle présente la particularité de pouvoir fonctionner en générateur d’énergie. Ce
comportement peut être décrit par la caractéristique d’une diode classique. Ainsi la
caractéristique courant–tension sous obscurité et sous éclairement d’une cellule solaire nous
permet d’établir les performances électriques de la cellule.
a. Diode idéale
Une cellule photovoltaïque est assimilée à une diode classique.
La diode est un composant électronique qui ne laisse passer le courant que dans un sens, de
l’anode vers la cathode. C'est le sens passant, ou direct (interrupteur fermé). Le sens où aucun
courant ne passe est le sens bloqué, ou inverse (interrupteur ouvert). C'est donc un composant
polarisé.
Figure 9.
Caractéristique idéalisée d’une diode
L’équation du courant circulant dans une diode est :
(Eq.1)
(
)
I : Courant de la diode (A),
Isat : Courant de saturation (A),
K : Constante de Boltzman (1,381.10-23 J/K)
T : Température de la jonction (K),
q : Charge d’un électron (C),
n : Facteur de non idéalité de la jonction,
V : Tension de la diode (V)
b. Diode non idéale
La cellule sous éclairement correspond à une diode non idéale. Sur le schéma
électrique décrit par la Figure 10, le générateur de courant correspond au courant photogénéré IL. L’ensemble des pertes résistives de la cellule est matérialisé par la résistance série
Rs et la résistance parallèle Rsh. La diode D correspond au courant produit par l’émetteur n+
et la base p de la cellule.
10
Figure 10.
Schéma électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque
Le régime électrique statique d’une cellule photovoltaïque constituée d’une jonction PN en
silicium peut être décrit via l’équation suivante :
(Eq.2)
[
(
)
]
Icc : le courant produit par la cellule lorsqu’elle est mise en court-circuit (A),
Rsh : la résistance modélisant les courants de fuites de la jonction (Ω),
Rs : la résistance série caractérisant les diverses résistances de contacts et de connexions (Ω).
La résistance série doit idéalement être la plus faible possible pour limiter son influence sur le
courant de la cellule, à l’inverse la résistance shunt doit être la plus élevée possible (Pour une
diode idéale Rs = 0 et Rsh = ∞).
c. Paramètres électriques principaux
Les paramètres électriques principaux sont :





Le courant de court-circuit Icc : courant lorsque le potentiel appliqué à la cellule est
nul. C’est le plus grand courant que la cellule puisse fournir. Celui-ci est fonction de la
température, de la longueur d’onde du rayonnement, de la surface active de la cellule,
de la mobilité des porteurs et est linéairement dépendant de l’intensité lumineuse
reçue.
La tension de circuit ouvert Voc : potentiel maximum que la cellule puisse fournir,
lorsque le courant est nul. Les pertes de charge aux interfaces matériau-électrode
affectent cette valeur. La Voc décroît légèrement avec la temperature et varie peu avec
l’intensité lumineuse reçue.
Le Facteur de Forme ou Fill Factor (FF) : coefficient qui représente le rapport entre la
puissance maximale que peut délivrer la cellule notée Pmax et la puissance formée par
le produit Icc*Voc. Plus la valeur de ce facteur sera grande, plus la puissance
exploitable le sera également.
Le rendement η : rendement de conversion en puissance. Il est définit comme étant le
rapport entre la puissance maximale délivrée par la cellule et la puissance lumineuse
incidente.
Le courant inverse Irev : courant en polarisation inverse sous obscurité.
La figure 11 montre la caractéristique courant-tension d’une cellule photovoltaïque à
l’obscurité et sous éclairement.
11
La caractéristique courant-tension sous obscurité est celle d’une diode (récepteur).
Sous éclairement, cette caractéristique se décale vers les courants négatifs, la cellule solaire
peut alors jouer le rôle de générateur de puissance.
Figure 11.
Caractéristiques I-V sous obscurité et sous éclairement d’une cellule
photovoltaïque
Le courant Im et la tension Vm sont obtenus au point de puissance maximale de
fonctionnement de la cellule.
La tension de circuit ouvert Voc est la tension aux bornes de la cellule pour un courant nul.
La résistance série est l’inverse de la pente de la courbe courant-tension au point (V >Voc, 0)
La résistance Shunt est l’inverse de la pente de la courbe courant-tension au point (0, Icc)
 Dans le cas d’une cellule solaire idéale, on peut écrire l’équation 3 pour exprimer Voc.
(Eq.3)
 Le facteur de forme FF caractérise l’idéalité de la cellule. Son expression est donnée
par l’équation 4.
(Eq.4)
 Enfin, à partir des paramètres Icc, Voc et FF, il est possible de calculer le rendement
de conversion η grâce à l’équation 5.
(Eq.5)
Avec
Pi : puissance incidente reçue par unité de surface en W.m-2
S : surface de la cellule en m²
12
Pour faciliter la comparaison des performances des cellules entre elles, des conditions
standards d’éclairement (norme pour les appareils de mesure I-V) ont été définies pour la
caractérisation des cellules, à savoir une illumination suivant le spectre AM1,5G (G pour
global, c'est-à-dire prenant en compte les radiations directes et diffuses), c’est à dire à une
puissance de 1kW.m-2, à une température de 25°C. C’est ce qu’on appelle un éclairement
«sous 1 soleil». Afin que les appareils de mesures I-V donne des valeurs certifiées, il est
indispensable de les calibrer en suivant des normes. La calibration sera expliquée dans le
chapitre suivant.
Conclusion :
Une cellule photovoltaïque est constituée d’une jonction PN créée par deux matériaux
différents en contact. Celle-ci permet la création d’un courant électrique dans la cellule à
partir du rayonnement solaire. La collecte du courant est assurée par deux électrodes de
chaque cotés de la cellule. Cette structure est assimilable à une diode associée à un
générateur de courant (courant photo généré) et à des résistances (les pertes résistives). La
caractéristique courant-tension nous permet alors d’obtenir les paramètres électriques de la
cellule. C’est ce que nous allons étudier expérimentalement dans le chapitre suivant.
13
Etude expérimentale
I.
Caractérisation des cellules
Le prix de vente d’une cellule dépend de son rendement. C’est pourquoi il est
important pour Irysolar de connaitre cette valeur de manière fiable. Pour cela nous disposons
d’appareils permettant de mesurer les paramètres électriques décrits dans le chapitre
précédent. L’extraction de données nous permettra alors de juger de la fiabilité des appareils
mais également de connaitre les facteurs impactent significativement sur le rendement de la
cellule.
a. Protocole
Les cellules sont classées en fonction de leur efficacité. Une efficacité maximale
correspond à la classe A, on diminue dans les classes par delta de 0,2%. Les mesures seront
faites sur des cellules de la production (multicristalline de type p) allant de la classe A jusqu’à
la classe H.
Les caractéristiques de chacune vont être établies grâce à trois appareils différents : le PV
measurement, le PV test et le Pasan. Le Pasan correspond au testeur de production, les deux
autres sont destinés pour le moment à la recherche et développement.
8 classes de A à H
5 cellules par classe
40 cellules provenant de la
production
Polarisation
inverse (dark)
4 mesures par cellule
Pasan
PV test
Figure 12.
PV
measurement
Protocole de mesures
On extrait de ces mesures l’efficacité (η), le Facteur de Forme (FF), la résistance série,
la résistance shunt, la tension en circuit ouvert (Voc), le courant de court-circuit (Icc), et le
courant inverse à -10V (Irev(-10V)). La résistance série et la résistance shunt sont également
recalculées à partir des données, courant-tension en polarisation inverse. Pour cela on calcule
la pente de la courbe proche du Voc pour la résistance série et pour la résistance shunt on
calcule la pente proche du Icc.
14
b. Appareils
On utilise pour les mesures de caractéristique des cellules trois flash testeur : Le
Pasan, le PV measurement et le PV test. Cela nous permet de comparer les caractéristiques
des cellules de production de différentes classes en fonction de l’appareil.
Ils fonctionnent selon le principe suivant (figure 13):
Afin de se rapprocher des conditions réelles d’ensoleillement (spectre AM1.5, 25°C,
1000W/m²), l’illumination est réalisée par une lampe au xénon à laquelle sont rajoutés des
filtres qui permettent de restituer un spectre se rapprochant du spectre solaire. La cellule est
mesurée sur un socle en cuivre régulé en température. Pour chaque tension imposée, un
micro-régulateur sélectionne la résistance adaptée et mesure à ses bornes une tension, qui
permet à son tour la détermination du courant via la loi d’Ohm. En balayant ainsi en tension,
la caractéristique I(V) complète peut être obtenue. Un logiciel traite ensuite les données pour
en extraire le courant de court-circuit Icc, la tension de circuit ouvert Vco, la puissance
maximale Pmax, le facteur de forme FF et le rendement de conversion η.
Figure 13.
Structure d’un simulateur solaire
Pour pouvoir faire des mesures fiables il est important de calibrer l’appareil. Pour cela il
existe une norme (IEC) à suivre. Nous avons également besoin d’une cellule de calibration. Il
faut donc envoyer des cellules fabriquées à Irysolar à un laboratoire agréé (ISE Fraunhofer,
NREL). Celui-ci renvoie alors les cellules avec les valeurs certifiées de l’Icc, du Voc, du FF et
du rendement (cf. annexe 1). Ensuite grâce à ces cellules on règle l’intensité du flux lumineux
et on applique des facteurs de correction afin de retrouver les valeurs certifiées.
15
c. Résultats
J’ai traité mes données via le logiciel Jmp. Il permet une analyse plus complète et plus
rapide que sous Excel. Les données comprennent les mesures de cinq cellules par classes
combinées à quatre mesures pour chaque cellule (figure 12).
La figure 14, regroupe les valeurs moyennes pour chaque classe.
Étiquettes de lignes
A
Pasan
PV measurement
PV test
B
Pasan
PV measurement
PV test
C
Pasan
PV measurement
PV test
D
Pasan
PV measurement
PV test
E
Pasan
PV measurement
PV test
F
Pasan
PV measurement
PV test
G
Pasan
PV measurement
PV test
H
Pasan
PV measurement
PV test
Total général
Valeurs
Résistance shunt (Ohm)
FF (%)
21
13
18
28
18
13
15
24
19
10
15
27
19
11
13
29
16
11
10
28
14
13
10
20
13
8
10
18
11
8
8
17
17
79,84
79,88
80,06
79,60
79,66
79,69
79,77
79,52
79,32
79,39
79,37
79,20
79,29
79,49
79,25
79,14
79,18
79,26
79,20
79,07
79,29
79,48
79,43
78,96
78,43
78,56
78,64
78,10
78,08
78,00
77,94
78,38
79,16
Figure 14.
Résistance série (mOhm) Voc (V)
4,33
4,76
4,02
4,27
4,29
4,72
4,19
4,13
4,42
4,70
4,47
4,24
4,42
4,76
4,48
4,22
4,67
4,85
4,41
4,75
4,44
4,80
4,37
4,30
4,61
4,98
4,68
4,40
4,51
4,96
4,30
4,35
4,45
Irev(-10V) (A)
0,622
0,618
0,625
0,622
0,620
0,617
0,624
0,618
0,617
0,613
0,621
0,618
0,614
0,609
0,617
0,614
0,611
0,608
0,614
0,612
0,613
0,608
0,616
0,615
0,609
0,605
0,611
0,611
0,606
0,602
0,609
0,604
0,614
Eff (%)
0,088
0,090
0,087
0,111
0,109
0,114
0,066
0,056
0,075
0,066
0,064
0,069
0,101
0,100
0,102
0,044
0,046
0,043
0,708
0,702
0,714
1,193
1,173
1,217
0,275
Isc (A)
16,93
16,77
17,15
16,87
16,85
16,70
17,05
16,80
16,65
16,46
16,81
16,67
16,46
16,28
16,60
16,50
16,35
16,16
16,46
16,41
16,19
15,96
16,37
16,23
15,92
15,74
16,09
15,95
15,63
15,48
15,79
15,63
16,39
8,300
8,268
8,338
8,293
8,304
8,270
8,334
8,307
8,274
8,230
8,300
8,293
8,233
8,185
8,260
8,254
8,212
8,156
8,243
8,226
8,110
8,041
8,148
8,142
8,110
8,055
8,143
8,132
8,049
8,021
8,094
8,028
8,202
Tableau général récapitulatif
Les données sont interprétées graphiquement. Ces graphiques sont reportés dans un
rapport interne (cf. annexe 2), afin de rendre compte des différences entre les appareils de
mesure. Les écarts moyens sont calculés par rapport au Pasan (référence).
Les résultats principaux de ces mesures sont présentés ci- dessous :
16
Figure 15.
Graphique de l'efficacité en fonction des équipements et des différentes classes
On remarque dans la figure 14 que le PV measurement donne l’efficacité la plus
élevée et le Pasan l’efficacité la plus basse. On a bien une diminution du rendement lorsque
l’on diminue dans les classes. Par contre, la corrélation n’est pas linéaire.
Le rendement théorique est de 17% pour la classe A et diminue par pas de 0,2% pour les
classes inférieur jusqu’à 15,4% pour la classe H.
Dans l’ensemble, le Pasan est le plus proche des valeurs théoriques. Les deux autres appareils
ont tendance à surévaluer le rendement.
L’écart moyen entre Pasan et PVmeas est de 0,35% et entre Pasan et PVtest de 0,21%.
Figure 16.
Graphique de la résistance shunt en fonction des équipements, des classes et de la
méthode
17
La résistance shunt diminue en fonction de la classe, ce qui concorde avec la baisse
d’efficacité. Théoriquement, plus la résistance shunt est élevée (tend vers l’infini) plus on se
rapproche d’une diode idéale. Une valeur de résistance shunt trop faible (inférieur à 20Ω) fait
chuter le facteur de forme (FF). On s’aperçoit ici que les valeurs sont très basses (pour les
classes G et H certaines valeurs proches de 0) et que le FF plutôt élevé. On peut donc avoir un
doute sur la fiabilité de la mesure de la résistance shunt.
La résistance shunt et le courant inverse sont liés (cf. Annexe 2). C’est pourquoi des mesures
en polarisation inverse ont été effectuées afin d’avoir une analyse plus détaillée et plus fiable.
Figure 17.
Graphique du Irev en fonction des classes
Le Pasan ne permet pas de faire des mesures en courant inverse.
Les valeurs du PV measurement et du PV test sont proches (l’écart moyen entre PVmeas et
PVtest est de 14mA).
Irev(-10V) augmente à partir de la classe G. Quand la Rsh devient très faible, Irev
augmente brusquement.
On peut voir que certaines cellules faisant partie des classes G et H ont des valeurs basses de
courant inverse. Leur rendement faible ne vient donc pas d’un problème lié au courant
inverse.
De manière générale, le courant inverse permet de conclure sur la qualité d’isolation
entre les deux faces de la cellule. Il rend compte de problèmes dû au processus de fabrication
ou dû au matériau. Ces problèmes seront étudiés dans la suite du rapport.
18
Figure 18.
Résumé des caractéristiques en fonction des équipements
Nous remarquons que le Pasan a des valeurs plus basses dans l’ensemble par rapport
aux deux autres appareils. On peut expliquer les différences entre les appareils par les
paramètres résistifs des appareils, car le dispositif de mesure de chacun engendre une
résistance supplémentaire à celle de la cellule.
Pour pouvoir conclure sur de différences significatives entre les valeurs données par chaque
appareil, il faut prendre en compte la tolérance, donnée dans les certifications de calibration
(cf. Annexe 1), de chacun des paramètres. Par exemple l’institut de calibration nous donne
pour le fill facteur (FF) une tolérance de plus ou moins 0,51%. L’écart maximum entre les
valeurs du FF donnée par les appareils est de 0,455%. On peut donc en conclure que la
différence même importante ne peut être considérée comme significative. Ce qui n’est pas le
cas pour le rendement. Car on nous donne une tolérance de 0,34% pour le rendement et ici,
nous avons un écart de 0,38% pour la classe A.
Le Voc varie avec la température et l’Isc. Lorsque la température réelle de la cellule
mesurée diminue le Voc augmente et lorsque l’Isc augmente le Voc augmente. L’Isc varie en
fonction du flux lumineux, il peut être corrigé via la calibration de l’appareil. Et le Fill Factor
varie en fonction de la qualité de la diode, du paramètre résistif et de l’isolation de la cellule.
Le Voc, l’Isc et le FF sont les paramètres ayant une influence directe sur l’efficacité. Pour
donner un ordre d’idée, pour faire varier l’efficacité de 0,1%, il faut une variation du FF de
0,5% ou bien une variation du Voc de 3mV ou encore une variation de l’Icc de 50mA.
19
II.
Analyse des shunts
En pratique, la conversion d'énergie lumineuse en énergie électrique n'est pas totale.
Différentes pertes viennent influencer le rendement d’une cellule. Elles sont dans la plupart
des cas dues à la nature du matériau et à la technologie utilisée.
Le rendement de la cellule est affecté par les pertes résistives. Le premier type de
perte est dû aux pertes en puissance dues à la résistivité des différents éléments de la cellule
solaire : ce sont les résistances série. Le deuxième type de perte est dû aux résistances
parallèles (résistance Shunt), causée en général par des courants de fuites sur les bords de la
cellule ou par la présence de courts-circuits au niveau de l’émetteur.
Figure 19.
Caractéristique IV sous éclairement mettant en valeur les effets des résistances
parasites.
Parmi les disfonctionnements des cellules l’un des plus importants est le phénomène
de shunt. Le shunt est une augmentation locale du courant sous obscurité de la cellule. Les
shunts diffèrent par leur caractéristique courant-tension (linéaire ou non-linéaire) et par leur
origine physique.
a. Appareils de caractérisation des problèmes de shunt
Pour visualiser les problèmes de résistances shunt nous avons à notre disposition un
appareil d’électroluminescence et un banc expérimental de mesure par caméra infrarouge des
points chauds. Ce banc de mesure a été conçu par un précédent stagiaire en Master 1.

L’électroluminescence (figure 20)
L’électroluminescence est un processus de mesure par imagerie permettant d’étudier
les cellules photovoltaïque sous imagerie et donc de détecter les défauts éventuels qui
risqueraient d’altérer non seulement la puissance mais également la durée de vie du module.
Une tension externe est appliquée aux bornes de la cellule. Cela provoque une recombinaison
des électrons dans la cellule, qui provoque à son tour une émission de photons. La cellule
produit un rayonnement dans le domaine proche infrarouge, c'est-à-dire non visible par l’œil
humain. Ce rayonnement de photons est enregistré par une caméra électroluminescente.
20
De manière générale : plus le rayonnement de photons émis par une partie de la cellule est
important, plus cette partie sera active lors de la production d’électricité de la cellule.
Parmi les facteurs non visibles à l’œil nu mais risquant d’avoir des conséquences
extrêmement négatives sur les performances des modules et sur leur durée de vie, citons :
Les microfissures et les éclats les salissures à l’intérieur de la cellule, les défauts de
cristallisation dans un wafer, les problèmes de sérigraphie…
Les imperfections et défauts cités ci-dessus peuvent être détectés en quelques secondes au
cours d’une mesure d’électroluminescence et permettent de tirer des conclusions sur la qualité
des matériaux et sur la fabrication des cellules testés.
Figure 20.

Appareil d’électroluminescence
Imagerie thermique
En imagerie infrarouge le procédé de détection de shunt consiste en la détection des
points chauds localisés dans les cellules lorsque celles-ci sont soumises à une tension externe
sous obscurité. Afin de détecter ces points chauds un prototype a été mis au point à Irysolar
par Florian Verry, ancien stagiaire en Master 1. Ce prototype (figure 2&) permet d’assurer un
contact direct entre les rubans d’alimentation et les Busbars en face avant et arrière de la
cellule étudiée. Grace à une caméra infrarouge il est possible de visualiser les points chauds
de la cellule sous tension. Ces points chauds correspondent à des courants de fuite indiquant
des défauts localisés.
21
Figure 21.
Premier prototype de Shunt
b. Manipulation
Grâce aux mesures précédentes nous avons pu voir que les cellules à partir de la classe
G connaissaient une forte augmentation du courant inverse ainsi qu’une baisse de la résistance
shunt. Nous allons donc nous concentrer sur les cellules des classes F, G et H afin de
visualiser les défauts présents.
Nous avons la possibilité pour les deux systèmes de mesure de polariser la cellule en direct ou
en inverse. Cela nous permet de vérifier si l’on retrouve les défauts dans les deux cas et donc
de conclure sur le type de shunt.
L’électroluminescence en polarisation directe (fonctionnement normal) nous permet de
visualiser les défauts principaux (vu précédemment). La polarisation inverse permet
d’observer les courants de fuite (problème d’isolation, phénomène de recombinaison).
Voici l’image d’une « bonne » cellule, c'est-à-dire sans
problème de shunt. Le point chaud que l’on observe est
du à un mauvais contact entre le busbar du milieu et les
contacts métalliques du prototype. Sa température est
relativement basse. On peut donc considérer le défaut
comme négligeable.
Figure 22.
Image thermique d’une cellule sans problème de shunt
22
Voici les shunts observés sur les cellules étudiées :

Shunt du à un problème de sérigraphie :
On peut voir sur l’image thermique (figure 2 ») un point chaud au niveau du premier
busbar. On peut donc en déduire qu’il y a un défaut de métallisation à ce niveau.
Il peut être causé par plusieurs paramètres. Soit à une rupture de ligne, dans ce cas une
observation au microscope le confirme. Soit un défaut au niveau de l’émetteur qui est
shunté par une pénétration trop importante de l’Argent. (Emetteur trop fin à certains
endroits, une irrégularité du wafer avec présence ou pas de craquelures).
On observe ici, une température allant jusqu’à de 151°C. On sait que plus la
température est élevée plus les fuites de courant sont grandes. Nous avons un
problème important sur cette cellule qui peut engendrer des conséquences néfastes sur
un module. Ce problème peut provenir d’un crack.
Figure 23.

Image en électroluminescence directe (à gauche) et image thermique (à droite) de
la cellule H1
Shunt du à une impureté :
Sur la cellule H2 on observe un défaut du matériau grâce à l’image thermique qu’on
ne visualise pas sur l’électroluminescence.
Il peut être causé par une mauvaise qualité du matériau mais peut être également causé
par une contamination par particule d’aluminium. Pour pouvoir déterminer
précisément la cause exacte, il faut regarder la tranche de la cellule au niveau du point
chaud au microscope.
Figure 24.
Image en électroluminescence directe (à gauche), indirect (au milieu) et image
thermique (à droite) de la cellule H2
23

Shunt du à un problème d’ouverture de jonction :
Sur la figure 25, on visualise deux points chauds, on peut penser à un problème
d’ouverture de jonction au niveau du coin en haut à droite car sur l’image
d’électroluminescence en polarisation inverse on observe la même signature sur le
contour de la cellule qui indique un courant plus important à ce niveau. Des forts
courants de recombinaison ont lieu sur le bord de la plaque. Ces problèmes sont dus à
l’appareil (TEPLA) qui permet d’isoler la face avant de la face arrière. Cette étape est
réalisée par gravure plasma. Dans le cas ou la gravure plasma n’est pas suffisante, on
retrouve un problème d’isolation. Les cellules sont alors dites « shuntées ».
Figure 25.
thermique (à droite) de la cellule H4
D’autre système d’ouverture existe. Par exemple, nous
avons pu étudier l’ouverture par laser. Cette méthode
nécessite un réglage adéquat.
Dans le cas inverse on visualise nettement un problème
d’ouverture de jonction sur les bords (figure 26).
Figure 26.
Image thermique d’une cellule avec isolation par laser
c. Amélioration du banc de mesure par infrarouge
Le prototype utilisé pour les mesures thermiques avait déjà subi une amélioration mais
n’est pas utilisable pour le contrôle en production. En effet le système actuel possède
plusieurs contraintes qui ne permettent pas d’être utilisé dans un cadre industriel (Problème
système de fermeture, contacts électriques). C’est pourquoi une réflexion s’est portée sur le
développement d’un système plus évolué et ayant la possibilité d’être industrialisable.
J’ai donc rédigé un cahier des charges ainsi que des schémas de l’appareil afin de
répondre au besoin de l’entreprise (cf. annexe 3).
24
Dans un premier temps il a fallu la fonction précise de l’appareil.
Le but étant la caractérisation des points chauds par infrarouge sur cellule photovoltaïque type
n et type p, afin de permettre l’identification des problèmes de résistance shunt par une
méthode rapide.
Puis, il a fallu identifier les contraintes techniques :
- Le socle de mesure : la taille, les matériaux, la présence de trou pour laisser
passer les pointes de contact
- Le support des pointes de mesure : automatisation du mouvement
- La polarisation du système : possibilité de changement de polarité
- L’encapsulation du système : problème de reflets
- L’alimentation : entre 0V et 15V
- Le tiroir : détection de fermeture
- La récupération des données : connexion entre la caméra IR et un ordinateur
Je me suis inspirée de systèmes déjà existants sur des appareils dans l’entreprise pour
le fonctionnement de certaines parties du banc de mesure. Comme par exemple sur le PV
measurement, le système de verin hydraulique permettant la baisse des pointes de contacts
mais aussi son système de déplacement latéral des barrettes de contact sur son cadre (figure
27). Sur l’appareil d’électroluminescence le système de tiroir et d’encapsulation (figure 27).
Figure 27.
PV measurement (à gauche) et appareil d’électroluminescence (à droite)
Celui-ci est en cours de réalisation. La livraison est prévu pour Aout.
Fonctionnement :
Mise en route de l’appareil. Positionnement de la cellule sur le tiroir prévu. Fermeture
du tiroir. Si besoin, réglage latérale des contacts métalliques (pointes) pour les aligner sur les
busbars de la cellule (figure 27). Baisse de ces contacts grâce à un commutateur (contact ON,
figure 28). Mise en route du boitier d’alimentation. Possibilité d’alimentation en direct ou en
inverse grâce à un commutateur. Fermeture de la porte pour mettre la cellule sous obscurité et
donc éviter les reflets. Prise de la photographie de la cellule grâce à la caméra infrarouge.
Visualisation sur ordinateur.
Les figures 28 et 29 représentent l’appareil sous logiciel de dessin assisté par ordinateur.
25
Figure 28.
Figure 29.
Schéma de l’appareil de détection des points chauds, vue globale
Schéma de l’appareil de détection des points chauds, vue en coupe des pointes
remontées (image de gauche) et en contact avec la cellule (image de droite)
26
Conclusion :
Dans un premier temps, j’ai effectué des mesures sur des cellules de la production
avec des simulateurs solaires (flash testeur). Nous avons alors pu nous rendre compte des
différences de valeur entre les trois appareils. Le Pasan (utilisé pour la production) donne
des valeurs de rendement plus basses. Ces mesures conservatrices, assure une marge
d’erreur à Irysolar préservant le client de toutes mauvaises surprises.
Nous nous sommes également rendu compte d’un disfonctionnement de la cellule dû
au phénomène de shunt. Une étude complémentaire de visualisation des courants de fuite par
électroluminescence et par imagerie thermique (IR) a permis d’identifier l’origine des défauts
présents (étape du processus de fabrication, matériaux).
J’ai travaillé sur la réalisation d’un appareil permettant l’intégration du contrôle
automatisé de ces défauts de shunt dans la ligne de production. Ceci permettra une
diminution des cellules de mauvaises qualités grâce à des actions de correction immédiate.
27
Conclusion générale et perspectives
Les travaux présentés dans ce rapport concernent les cellules photovoltaïques au
silicium multicristallines de type p. L’étude de la chaine de fabrication de ces cellules et de
leur fonctionnement m’ont permis de mieux comprendre les enjeux et les aboutissements du
développement de cette technologie.
Dans un premier temps nous avons procédé à une étude basée sur la comparaison de
caractéristiques électriques en fonction des classes de rendement et des appareils de mesure.
Cette étude a permis d’évaluer les trois appareils de mesure I-V. Mais surtout d’identifier
l’influence des différents paramètres électriques sur le rendement des cellules. Il est apparu
qu’il existait pour certaines cellules un courant de fuite important qui entraine une baisse du
rendement et une baisse de la durée de vie des cellules.
Irysolar à quelques difficultés à vendre les cellules de faibles classes. De plus leur prix
de vente étant faible, ces cellules ne rapportent pas grand chose. L’identification des défauts
et de leur origine permettrait de les corriger et donc d’augmenter les gains pour Irysolar. Je
me suis donc penchée sur l’étude des shunts.
Les cellules à faibles rendement ont été étudiées sous électroluminescence et sous
caméra infrarouge. Ceci nous a révélé des pertes de courant dû à des défauts liés au matériau,
mais plus couramment des défauts liés à la production.
Pour pouvoir contrôler les cellules de la production en continu, Irysolar à besoin d’un
appareil automatisé. Un tel appareil de caractérisation des courants de fuite n’existe pas dans
le commerce. Nous avons donc décidé d’améliorer le prototype de mesure par infrarouge.
Pour cela il m’a fallu rédiger un cahier des charges puis soumettre le projet à SEMCO
Engineering (équipementier). SEMCO s’occupe actuellement de la conception de l’appareil.
Après validation de l’appareil par Irysolar, celui-ci pourra être fabriqué de manière
industrielle et être vendu à des entreprises dans le domaine du photovoltaïque.
J’aurai l’occasion par la suite de voir l’appareil finalisé, car j’ai l’opportunité de
continuer à travailler au sein d’Irysolar durant les vacances d’été.
28
Bibliographie
1. EQUER Bernard. Énergie solaire photovoltaïque - vol. 1, Physique et technologie de
la conversion photovoltaïque. Edition ellipses. 1998.
2. BERNARD Jacques. Technosup : Génie énergétique. Chapitre VII : Les cellules
photovoltaïques.
3. Rapport de stage, Very Florian. Montage d’un système de révélation des shunts
électriques sur les cellules photovoltaïque au Silicium. 2011. Master 1 EEA UM2.
4. http://pveducation.org/
5. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0032/these.pdf
7. http://www.scor.com/PandC_docs/Focus_TechniquesPhotovolta%C3%AFques_%20
Mars2011%20.pdf
9. http://tel.archivesouvertes.fr/docs/00/63/52/22/PDF/VD_FAVRE_WILFRIED_30092011.pdf
10. http://www.prepa-cpe.fr/documents/Les_cellules_photovoltaiques.pdf
11. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/05/37/34/PDF/these_amel_Finale.pdf
12. http://www.ummto.dz/IMG/pdf/memoire-18.pdf
13. http://ori-oai.u-bordeaux1.fr/pdf/2010/BAILLY_LOIC_2010.pdf
14. http://thesesups.ups-tlse.fr/504/1/Petibon_Stephane.pdf
15. http://www.pvresources.com/Standards/SolarCellsModules.aspx
16. http://www.iec.ch/
17. http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16679
29
Table des figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Figure 18.
Figure 19.
Figure 20.
Figure 21.
Figure 22.
Figure 23.
Figure 24.
Figure 25.
Figure 26.
Figure 27.
Figure 28.
Figure 29.
Synoptique de l’entreprise ....................................................................................... 2
Chiffre d’affaires de Semco Engineering................................................................. 3
Ligne de production Irysolar des cellules multicristallines ..................................... 4
Structure d’une cellule en silicium de type p ........................................................... 5
Tableau des différentes étapes de fabrications ......................................................... 5
Représentation des spectres solaires AM0, AM1.5D et AM1.5G en fonction de la
longueur d’onde ....................................................................................................... 8
Dopage de type n (à gauche) et dopage de type p (à droite) .................................... 8
Schéma de la structure et diagramme de bande d’une cellule photovoltaïque en
silicium de type p .................................................................................................... 9
Caractéristique idéalisée d’une diode .................................................................... 10
L’équation du courant circulant dans une diode est : ............................................ 10
Schéma électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque ................................. 11
Caractéristiques I-V sous obscurité et sous éclairement d’une cellule
photovoltaïque ....................................................................................................... 12
Protocole de mesures ............................................................................................. 14
Structure d’un simulateur solaire .......................................................................... 15
Tableau général récapitulatif ................................................................................ 16
Graphique de l'efficacité en fonction des équipements et des différentes classes. 17
Graphique de la résistance shunt en fonction des équipements, des classes et de la
méthode ................................................................................................................. 17
Graphique du Irev en fonction des classes ............................................................ 18
Résumé des caractéristiques en fonction des équipements ................................... 19
Caractéristique IV sous éclairement mettant en valeur les effets des résistances
parasites. ................................................................................................................ 20
Appareil d’électroluminescence ............................................................................ 21
Premier prototype de Shunt .................................................................................. 22
Image thermique d’une cellule sans problème de shunt ........................................ 22
Image en électroluminescence directe (à gauche) et image thermique (à droite) de
la cellule H1 ........................................................................................................... 23
thermique (à droite) de la cellule H2 .................................................................... 23
thermique (à droite) de la cellule H4 .................................................................... 24
Image thermique d’une cellule avec enlèvement au laser ..................................... 24
PV measurement (à gauche) et appareil d’électroluminescence (à droite) ........... 25
Schéma du shuntmètre, vue globale ...................................................................... 26
Schéma du shuntmètre, vu en coupe des pointes remontés (image de gauche) et en
contact avec la cellule (image de droite) ............................................................... 26
30
Annexes
31
Annexe 1 : Certificat de calibration
32
33
34
Annexe 2 : Rapport interne – Test comparatif des différents appareils de
mesure I(V)
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
Annexe 3 : Cahier des charges pour appareil de mesure de courant de fuite
45
46
47
48
49
Annexe 4 : Schémas de l’appareil de mesure
50
51
52
53

Rapport de stage

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