Une cellule photovoltaïque est caractérisée par des données issues de l'observation de sa caractéristique I(V) sous illumination. De cette caractéristique peuvent être extraits leur rendement de conversion en énergie η, leur tension en circuit ouvert V oc, leur courant de court-circuit I sc et leur facteur de forme FF. Nous allons expliciter ces termes dans les paragraphes qui suivent. I. 7. 1. La résistance shunt. Caractéristique Courant/Tension et schéma équivalent: Les Figures I. 5 représentent une caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque à jonction PN. Comme il en est fait état au paragraphe I. 6, le photocourant est constitué d'un courant d'électrons collecté par la cathode et d'un courant de trous collecté par l'anode. Selon la convention de signe usuelle, ce photocourant peut être assimilé dans le cas d'une cellule solaire idéale à une source idéale de courant dirigée dans le sens opposé de la caractéristique de la diode dans le noir, ainsi qu'il est montré dans le schéma (c) de la Figure I.
La cellule photovoltaïque est l'élément de base de la conversion photovoltaïque. Dans l'obscurité, elle se comporte comme une jonction PN (diode). Dans ces conditions, on retrouve pour une cellule la caractéristique courant - tension d'une jonction PN (cf. figure 1). L'animation suivante permet de visualiser cette caractéristique, après avoir choisi la convention: générateur ou récepteur, ainsi que le type d'éclairement. Figure 1: caractéristique jonction PN Quand la cellule est illuminée, elle produit un courant d'autant plus élevé que l'éclairement est intense. Ce courant est proportionnel à l'éclairement. On retrouve donc la même caractéristique que ci-dessus, mais décalée vers le bas d'un courant I ph (photocourant) correspondant à l'intensité de l'éclairement. Enfin, notons que pour obtenir la caractéristique de courant-tension (cf. figure 2a), on prend comme référence pour le courant le sens opposé à I d (cf. Schéma équivalent cellule photovoltaique.fr. figure 4), soit le sens du photocourant I ph. On peut aussi obtenir la caractéristique en puissance P = f(U), qui, pour des conditions d'éclairement et de température données met en évidence un point de fonctionnement à puissance maximum, comme visible sur la figure 2b.
Cependant, le problème de recombinaison en surface rencontré dans la cellule photovoltaïque à homojonction est remplacé par le problème des recombinaisons au niveau de l'interface. Il est à signaler que le taux de recombinaison au niveau de l'interface est considérablement inférieur au taux de recombinaison au niveau de la surface. Cette comparaison est valable dans le cas où le matériau à large bande interdite est passif, c'est-à-dire, présente une faible absorption et une recombinaison nulle [44] Le GaAs est le semi-conducteur monocristallin le plus utilisé, ou souvent, les solutions solides (Al, Ga)As. C'est le matériau le plus performant du point de vue rendement de conversion, bien que sa densité soit 203 fois supérieure à celle du silicium [30]. Schéma équivalent cellule photovoltaïque www. Les cellules solaires à base de l'arséniure de gallium sont largement utilisées, plus particulièrement aux applications spatiales, et ceci à cause de leur rendement élevé et leur faible dégradation face aux irradiations spatiales. Ce pendant, un problème important s'opposait au développement des cellules solaires au GaAs, à savoir celui de la vitesse de recombinaison en surface.
Questions 1. Déterminer graphiquement les valeurs de et de (cette dernière doit être extrapolée) Lancer le module Geogebra Vous devez vous connecter sur GeoGebra afin de sauvegarder votre travail 2. Doc. 2 (⇧) À partir du graphique représentant l'évolution de la puissance électrique en fonction de la tension, déterminer la valeur de la puissance maximale délivrée par la cellule. En déduire les valeurs de et correspondantes. 3. Caractérisation physique des cellules photovoltaïques :. Sur la caractéristique, placer le point de fonctionnement correspondant au couple. Ce point a-t-il une position particulière sur le graphe? 4. La puissance radiative reçue est. Calculer la puissance reçue par la cellule. En déduire la valeur du rendement du capteur. Commenter le résultat.
Figure 2a: caractéristique courant-tension Figure 2b: caractéristique puissance-tension De plus, l'utilisateur peut relever la caractéristique courant-tension d'une cellule en faisant varier la résistance aux bornes de cette cellule. L'applet est initialisé à l'essai en circuit ouvert. On peut prendre jusqu'à 10 points de mesure pour faire apparaître la caractéristique. Les points de mesure sont stockés sous forme de vecteurs de points, obtenus avec Matlab. Chapitre 5: Capteurs solaires photovoltaïques: . Caractéristiques électriques d'une cellule photovoltaïque. Cet applet montre comment on peut relever expérimentalement la caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque sans avoir à définir tous les paramètres de l'équation I=f(U). L'applet sera accompagné d'un schéma de montage. Figure 3: Schéma du montage Figure 4: Caractéristique I=f(U)