Optimisation de cellules solaires tandem à trois terminaux à base de pérovskites - CentraleSupélec Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Optimization of three-terminal tandem solar cells based on perovskites

Optimisation de cellules solaires tandem à trois terminaux à base de pérovskites

Résumé

A new high-efficiency solar cell concept called the "three-terminal tandem cell" can achievean efficiency equivalent to four-terminal tandem cells and better than two-terminal tandem cells. To design a proof-of-concept of a Selective Band Offset Barrier three-terminal tandem solar cell (3T-SBOB) patented at GeePs in 2017, using less complicated manufacturing techniques with low production costs, we fabricated and characterized the perovskite and silicon subcells of the 3T-SBOB tandem cell. From the electrical and optical characterization results and the simulation results, we identified the incompatibilities between the process and deposition techniques of the selective layers used for the subcells integrating into a tandemconfiguration. We have simulated with the design tool "Atlas-Silvaco" the individual performances of the subcells, then those of the 3T-SBOB tandem cell. The tandem has been optimized, and its efficiency was improved to ∼ 32%. In addition, we demonstrated an innovative solution to the problem of the interconnection of 3T tandem cells within solar modules, for which no industrialized model exists yet. The original architecture proposed is a flexible, functional, and robust architecture for interconnecting complementary 3T tandem cells of reversed polarity in a two-terminal "unit block." The resulting 2T unit block is a two terminal element that can be integrated into a module very efficiently and with negligible losses. We have demonstrated that by optimizing the current in the unit block, two complementary 3T tandem cells, each with an efficiency of 33%, can achieve an efficiency of ∼ 32.6 %. This novel "C3T interconnection" method will be patented in 2022.
Le concept de cellule solaire à haut rendement appelé « cellule tandem à trois terminaux »montre que l'on pourrait atteindre un rendement équivalent à celui des cellules tandem à quatre terminaux et meilleur que les tandem deux terminaux. Dans le but de concevoir de manière rapide une preuve de concept d'une cellule solaire tandem à trois-terminaux à barrière sélective (3T-SBOB) brevété au GeePs en 2017, à partir des techniques d'élaboration moins compliquées avec des coûts de production abordables, nous avons fabriqué et caractérisé des sous-cellules pérovskite et silicium constituant la cellule tandem 3T-SBOB. A partir des résultats de caractérisations électrique et optique d'une part, et des résultats de simulations d'autre part, nous avons identifié les verrous relatifs aux incompatibilités entre procédés et techniques de dépôt des couches sélectives nécessaires à l'intégration des sous-cellules dans une configuration tandem. Nous avons simulé grâce à l'outil d'aide à la conception « Atlas-Silvaco » les performances individuelles des sous-cellules, puis celles de la cellule tandem 3T-SBOB. Cette dernière a été optimisée et son rendement optimal porté à ∼ 32%. Nous avons apporté ensuite, une solution innovante à la problématique d'interconnexion des cellules tandem 3T au sein des modules solaires, et pour laquelle il n'existe encore aucun modèle de réalisation industrialisable. L'architecture originale proposée est une architecture souple, pratique et robuste d'interconnexion de cellules tandem 3T complémentaires de polarités inversées dans un « bloc unité » à deux terminaux. Le bloc unité 2T résultant est un élément à deux terminaux dont l'intégration dans un module est très efficace et à perte très négligeable. Nous avons démontré qu'une optimisation du courant dans une branche du bloc unité permet, à partir de deux cellules tandem 3T complémentaires ayant chacune une efficacité comprise entre 32% et 33%, d'atteindre un rendement de ∼ 32,6%. Cette méthode d'« interconnexion C3T » originale a fait l'objet d'un dépôt de brevet en 2022.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04561201 , version 1 (26-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04561201 , version 1

Citer

Koffi Ahanogbe. Optimisation de cellules solaires tandem à trois terminaux à base de pérovskites. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université paris-saclay, 2023. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04561201⟩
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