Study of the optical properties of photonic crystals on enhancing the absorption in photovoltaic cells
No Thumbnail Available
Date
2021
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université De Larbi Ben M’hidi Oum EL Bouaghi
Abstract
Photovoltaic generations has intensified over the last decade, moving from the most basic applications based on elementary devices to one of the most important applications of energy especially after the exploitation of semiconductor materials which play a central role in photovoltaic systems. Research on the optimal array structure has generated much interest due to its potential application in light trapping in thin film photovoltaic cells. Photonic crystals with their nanoengineering function have made it possible to obtain high efficiency solar cells.
Our thesis work aims to study and design new structures of thin-film solar cells based on photonic crystals in order to improve its optoelectronic properties, especially the absorption of light in solar cells by adjusting the parameters, geometric and morphological. The proposed structures are designed with ultra-precision on a substrate with a thickness of up to 100nm. The first part of the results obtained is based on the study of the absorption of light by influencing the optical properties of thin film solar cells. The second part is devoted to the study of the morphological effect of a one-dimensional photonic structure on the one hand and the study of the effect of the angle of incidence on the other hand. The simulations are performed using the DiffractMod simulation software developed by RSoft, using the Rigorous Coupled Wave Analysis (RCWA) method. The results obtained allow us to conclude that the use of the properties of photonic crystals improves the absorption rate of light in solar cells.
La génération du photovoltaïque s'est intensifiée au cours de la dernière décennie, passant des applications les plus basiques basées sur des dispositifs élémentaires à l'une des applications les plus importantes de l'énergie surtout après l'exploitation des matériaux semi-conducteurs qui jouent un rôle central dans les systèmes photovoltaïques. La recherche sur la structure de réseau optimale a suscité beaucoup d'intérêt en raison de son application potentielle dans le piégeage de la lumière dans les cellules photovoltaïques à couches minces. Les cristaux photoniques avec leur fonction nano-ingénierie ont permis d'obtenir des cellules solaires à haut rendement.
Notre travail de thèse a pour but l'étude et la conception de nouvelles structures de cellules solaires en couches minces à base des cristaux photoniques afin d'améliorer ses propriétés optoélectroniques surtout l'absorption de la lumière dans les cellules solaires on jouant sur les paramètres, géométrique et morphologique. Les structures proposées sont conçues de manière ultra-précise sur un substrat d'une épaisseur allant jusqu'à 100nm. La première partie des résultats obtenus est basée sur l'étude de l'absorption de la lumière en influençant les propriétés optiques des cellules solaires en couches minces. Quant à la deuxième partie, elle est consacrée à l'étude de l'effet morphologique d'une structure photonique unidimensionnelle d'une part et l'étude de l'effet de l'angle d'incidence d'autre part. Les simulations sont réalisées à l'aide du logiciel de simulation DiffractMod développé par RSoft, En utilisant la méthode d'analyse rigoureuse des ondes couplées (RCWA). Les résultats obtenue nous a permet de conclure que l'utilisation des propriétés des cristaux photonique améliorent le taux d'absorption de la lumière dans les cellules photovoltaïques.
تزايد الاهتمام بمجال الكهروضوئية خلال العقد الماضي، حيث انتقل من التطبيقات الأساسية القائمة على الأجهزة الأساسية إلى أحد أهم التطبيقات في مجال الطاقة وخاصة عند استعمال مواد أشباه الموصلات التي كان لها دورا مركزيا في الأنظمة الكهروضوئية. لقد ولّد البحث عن الهيكل الشبكي الأمثل اهتمامًا كبيرًا نظرًا لتطبيقه المحتمل في تركيز الضوء في الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة. البلورات الضوئية بخصائصها ذات الهندسة النانوية مكنتها من الحصول على خلايا شمسية عالية الكفاءة.
هدفنا من هذه الرسالة هو دراسة وتصميم هياكل جديدة للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة متكونة من بلورات ضوئية لتحسين عملية امتصاص الكهرباء داخل الخلايا الكهروضوئية من خلال دراسة تأثير العوامل الهندسية والشكلية للخلايا. الهياكل المقترحة تم تصميمها بدقة فائقة على قاعدة بسمك يصل إلى 100 نانومتر. الجزء الأول من النتائج المحصل عليها يرتكز على دراسة امتصاص الضوء من خلال دراسة التأثير على الخصائص الضوئية للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة. أما الجزء الثاني فيعتمد على دراسة التأثير الشكلي للهياكل الضوئية أحادية البعد من جهة ومن جهة أخرى دراسة تأثير زاوية الانعكاس. تم إجراء عمليات المحاكاة باستخدام برنامج محاكاة DiffractMod الذي طورته شركة RSoft باستخدام طريقة تحليل الموجة المزدوجة الصارمة(RCWA) . النتائج المحصل عليها تثبت لنا فعالية استخدام البلورات الضوئية في تحسين عملية امتصاص الضوء داخل الخلايا الشمسية.
Description
Keywords
Simulation, Photonic crystals, Photovoltaic, Absorption