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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.
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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)
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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.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
silicon | degradation | solar cell | LeTID
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BIBLIOGRAPHIE
-
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(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).
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-
(6) - LEE...
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