Solution par différences finies des équations de dérive-diffusion : Application aux cellules solaires en silicium

Abstract

The subject of master thesis falls within the photovoltaic domain, more precisely, the simulation of silicon solar cells. We studied the fundamental equations of semiconductors, also called drift-diffusion equations (Poisson equation and continuity equations for electrons and holes) and their numerical solution using the Gummel method. Then, a simulation program under MATLAB was developed to study solar cells based on a silicon PN junction. The developed code was used to analyze the cells (i) at equilibrium, (ii) under dark and (iii) under light. We then tried to look at the influence of certain physical parameters (temperature, doping and carrier lifetime) on the performance of solar cells. ----------------------------------------------------------------------------- يندرج موضوع رسالتنا ضمن المجال الكهروضوئي، وبشكل أدق، محاكاة الخلايا الشمسية السيليكونية. قمنا بدراسة المعادلات الأساسية لأشباه الموصلات، والتي تسمى أيضًا معادلات الانجراف والانتشار)معادلة بواسون ومعادلات الاستمرارية للإلكترونات والثقوب(وحلها العددي باستخدام طريقة .Gummelبعد ذلك، تم تطوير برنامج محاكاة MATLABلدراسة الخلايا الشمسية المعتمدة على وصلةPNالسيليكونية .تم استخدام الكود المطور لتحليل الخلايا (i) في حالة التوازن، (ii) تحت الظلام و (iii) تحت الإضاءة.حاولنا بعد ذلك النظر في تأثير بعض المعلمات الفيزيائية) درجة الحرارة والتطعيم وزمن حياة حاملات الشحنة ( على أداء الخلايا الشمسية. ----------------------------------------------------------------------------- Le sujet de notre mémoire s'inscrit dans le domaine photovoltaïque, plus précisément, la simulation cellules solaires en silicium. Nous avons étudié les équations fondamentales des semi-conducteurs, dites aussi, équations de dérive-diffusion (équation de Poisson et équations de continuité pour les électrons et pour les trous) et leur solution numérique par la méthode Gummel. Puis, un programme de simulation sous MATLAB a été développer pour étudier les cellules solaires à base d’une jonction PN en silicium. Le code développé a été utilisé pour analyser les cellules (i) à l’équilibre, (ii) sous obscurité et (iii) sous éclairement. Nous avons, ensuite, essayer de regarder l’influence de certains paramètres physiques (température, dopage et durée de vie des porteurs) sur la performance des cellules solaires.