Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La recherche de dispositifs photovoltaïques plus efficaces nécessite non seulement le développement de nouveaux matériaux, mais également la compréhension des processus de vieillissement des dispositifs existants. Cet article présente un aperçu du principe de fonctionnement des cellules solaires, des principaux phénomènes qui diminuent leur efficacité et des différentes techniques de leur caractérisation. Une bonne compréhension de ces aspects permet de mieux appréhender les mécanismes de dégradation des modules. Considérant que les modules à base de silicium représentent 95 % des cellules solaires utilisées aujourd'hui, cet article se focalise sur un des principaux mécanismes de dégradation de ces modules, celui induit par la lumière et les hautes températures (LeTID). Les hypothèses sur les origines et les stratégies d'atténuation du LeTID sont discutées en détail.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
The quest for more efficient photovoltaic devices requires not only the development of new materials but also the understanding of aging processes of the existing devices. This article presents an overview of the working principle of solar cells, the main phenomena that decrease their efficiency and different techniques for their characterization. A proper understanding of such aspects, allows the understanding of degradation mechanisms in the modules. Considering that silicon-based modules represent 95% of the solar cells used today, a specific type of degradation of such modules, induced by light and elevated temperatures (LeTID), is discussed. The hypothesis behind its causes and mitigation strategies are discussed in detail.
Auteur(s)
-
Elisa TEJEDA ZACARIAS : Doctorante - EDF R&D SYSTEME, IPVF, LPICM École Polytechnique, Palaiseau, France.
INTRODUCTION
Dans un monde qui nécessite de plus en plus d’énergie électrique, la recherche de sources d’énergie plus propres que le pétrole et le gaz est devenue une priorité. De nos jours, différentes technologies sont appliquées comme énergies renouvelables, offrant la possibilité de réduire la consommation d’énergie provenant de sources non vertes. Parmi elles, les technologies photovoltaïques tiennent une place importante sur le marché des énergies renouvelables. En 2020, 3,1 % de la production mondiale d’électricité provenait d’équipements photovoltaïques, ce qui la place au troisième rang des technologies de production d’électricité renouvelable derrière l’hydroélectricité et l’éolien terrestre.
Le silicium est, de loin, le matériau semi-conducteur le plus couramment utilisé dans les cellules solaires, représentant environ 90 % des modules vendus aujourd’hui. Cependant, dans la quête de modules photovoltaïques performants, le développement de nouveaux matériaux qui permettront de convertir plus efficacement la lumière du soleil en énergie électrique est l’une des priorités. En parallèle, une compréhension de la fiabilité et des durées de vie des technologies déjà opérationnelles est nécessaire. En effet, les mécanismes de dégradation des systèmes photovoltaïques conduisent à des pertes de puissance de sortie des panneaux rendant ainsi les dispositifs peu performants. Les écarts de performance peuvent être directement liés à différents mécanismes de dégradation provenant de l’exposition des cellules solaires aux conditions ambiantes ou au vieillissement des composants.
L’un des principaux modes de dégradation des cellules solaires à base de silicium est la dégradation induite par la lumière et les hautes températures (LeTID). Une telle dégradation peut diminuer jusqu’à 15 % la production électrique du panneau solaire en une ou deux décennies. Afin de mieux comprendre ce phénomène, le fonctionnement des cellules solaires, les différents types de cellules solaires et les processus de dégradation sont résumés dans cet article. La description du principe de fonctionnement des modules photovoltaïques, de la génération des porteurs de charge à leur extraction jusqu’à la production de courant, est présentée dans une première partie. Les principaux types de modules photovoltaïques, ainsi que les techniques de caractérisation et les mécanismes de dégradation les plus courants sont ensuite détaillés. Enfin, les principales hypothèses et les stratégies d’atténuation du LeTID sont abordées.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des notations et des symboles utilisés.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
silicon | degradation | solar cell | LeTID
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Caractérisation et propriétés de la matière
(115 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Glossaire
En anglais
4. Conclusion
Les phénomènes physiques fondamentaux, sur lesquels reposent les cellules solaires, ont été présentés afin de comprendre leur fonctionnement. En passant des cellules solaires idéales aux cellules solaires réelles, nous avons analysé les principaux facteurs qui jouent un rôle dans l’efficacité de conversion de la lumière. De tels facteurs conduisent à une grande variété de types de cellules solaires, des modules photovoltaïques à base de silicium aux couches minces, en passant par les modules photovoltaïques organiques et quantum dots, chacun ayant ses avantages et ses inconvénients. Néanmoins, aucun d’entre eux n’est à l’abri de se dégrader au fil des années, la durée de vie moyenne estimée des panneaux solaires étant d’environ 30 ans. Par conséquent, l’étude des différents mécanismes de dégradation est d’une importance cruciale dans le développement des technologies photovoltaïques. Leur compréhension nécessite des techniques de caractérisation appropriées, ainsi que des tests accélérés qui reproduisent correctement l’exposition des dispositifs solaires aux conditions de travail.
De nos jours, les modules à base de silicium sont prédominants sur le marché photovoltaïque. Au fil des années, de tels dispositifs peuvent présenter un type de dégradation induite par la lumière et les hautes températures, connue sous le nom de LeTID. Malgré des études persistantes sur la LeTID depuis son observation pour la première fois en 2012, les mécanismes spécifiques des défauts potentiellement liés à la LeTID sont encore mal appréhendés. Plusieurs hypothèses sur la composition de ces défauts ont été suggérées, les plus probables considèrent responsables les impuretés métalliques, l’hydrogène ou les complexes métal-hydrogène. Plusieurs propriétés et comportements caractéristiques de ces défauts ont été identifiés : leur présence dans tous les types de plaquettes à base de silicium ; leur dépendance vis-à-vis du profil de l’étape de chauffage ; leur dépendance vis-à-vis des couches diélectriques de passivation présentes lors du chauffage et leur activation sous injection de courant à des températures élevées ou par recuit dans l’obscurité.
Bien que le phénomène de dégradation de type LeTID reste...
L'expertise technique et scientifique de référence
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Caractérisation et propriétés de la matière
(115 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WÜRFEL (P.), WÜRFEL (U.) - Physics of Solar Cells: From Basic Principles to Advanced Concepts. - Wiley (2016).
-
(2) - KIRCHARTZ (T.), Abou-Ras (D.),, RAU (U.) - Introduction to Thin-Film Photovoltaics, in Advanced Characterization Techniques for Thin Film Solar Cells. - p. 1-40 (2016).
-
(3) - RÜHLE (S.) - Tabulated values of the Shockley–Queisser limit for single junction solar cells. - Solar Energy, 130: p. 139-147 (2016).
-
(4) - CHEN (R.), et al - 23.83% efficient mono-PERC incorporating advanced hydrogenation. - Progress in Photovoltaics: Research and Applications. n/a(n/a).
-
(5) - BASORE (P.A.) - Defining terms for crystalline silicon solar cells. - Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2(2): p. 177-179 (1994).
-
(6) - LEE...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Caractérisation et propriétés de la matière
(115 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Caractérisation et propriétés de la matière
(115 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
