DETERMINATION DES PARAMETRES DE RECOMBINAISON D’UNE PHOTOPILE BIFACIALE AU SILICIUM A PARTIR DE LA REPONSE SPECTRALE.

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1 LA.M.E ***************** Mémoire de DEA de Physique présentée par M. Bernard ZOUMA *****************

2 DETERMINATION DES PARAMETRES DE RECOMBINAISON D’UNE PHOTOPILE BIFACIALE AU SILICIUM A PARTIR DE LA REPONSE SPECTRALE

3 PLAN INTRODUCTION ETUDE THEORIQUE METHODES DE CARACTERISATION
RESULTATS ET DISCUSSIONS CONLUSION ET PERSPECTIVES

4 PRESENTATION D’UNE PHOTOPILE BIFACIALE
Figure 1: Schéma de la photopile bifaciale

5 0(): Flux incident ; (): coefficient d’absorption du Si
Densité des porteurs minoritaires de charge en excès : (x,) Équation de continuité (régime statique) (1) D : coefficient de diffusion ; L : longueur de diffusion  : longueur d’onde Taux de génération : G(x,) (2) Face avant : G(x,) = (3) Face arrière : G(x,) = 0(): Flux incident ; (): coefficient d’absorption du Si

6 Conditions aux limites
(4) A l’interface base-émetteur : (5) Sur la face externe : k  b pour la base k  e pour l’émetteur  : épaisseur de la zone considérée Solution générale (électrons) Face avant : (6) (7) Face arrière : avec

7 Solution générale (trous)
Face avant : (8) (9) Face arrière : avec

8  = 1(électrons) ;  = -1(trous) ; q: charge élémentaire
Densités de photocourant  = 1(électrons) ;  = -1(trous) ; q: charge élémentaire (10) Base Face avant : (11) Face arrière : [ ] n 2 L H sh D SbL ) ( exp ch Sb Sf qK J g + b ú û ù ê ë é - l a × = (12) où ú û ù ê ë é + = g n L H sh SbSf D et

9 Émetteur (13) (14) Densités de photocourant Face avant :
Face arrière : (14) où et

10 Éclairement par la Face avant
Densités de photocourant dans la base Éclairement par la Face avant Figure II.2a : Densité de photocourant en fonction de Sfn1 pour différents λ H=159µm;Sb1=6.106cm/s;Ln=120µm;Dn=35cm2/s Figure II.2b : Densité de photocourant en fonction de Sb1 pour différents λ H=159µm;Sfn1=3.103cm/s;Ln=120µm;Dn=35cm2/s

11 Éclairement par la Face arrière
Densités de photocourant dans la base Éclairement par la Face arrière Figure II.3a :Densité de photocourant en fonction Sfn2 pour différents λ H=159µm;Sb2=2.102cm/s;Ln=120µm;Dn=35cm2/s Figure II.3b :Densité de photocourant en fonction Sb2 pour différents λ H=159µm;Sfn2=4.104cm/s;Ln=120µm;Dn=35cm2/s

12 Éclairement par la Face avant
Densités de photocourant dans l’émetteur Éclairement par la Face avant Figure II.4b : Densité du photocourant en fonction de Sfp1 pour différents λ W=1µm; Se1=4.104cm/s ;Lp=0,8µm;Dp=4,44cm2/s Figure II.4a : Densité de photocourant en fonction de Se1 pour différents λ W=1µm; Sfp1=4.104cm/s;Lp=0,8µm;Dp=4,44cm2/s

13 Éclairement par la Face arrière
Densités de photocourant dans l’émetteur Éclairement par la Face arrière Figure II.5a : Densité de photocourant en fonction de Sfp2 pour différents λ W=1µm ;Se2=4.104cm/s;Lp=0,8µm; Dp=4,44cm2/s Figure II.5b : Valeur absolue de la densité de photocourant en fonction de Se2 pour différents λ W=1µm;Sfp2=4.104cm/s;Lp=0,8µm;Dp=4,44cm2/s

14 Vitesses de recombinaison dans la base
Éclairement par la Face avant (15) (16) (17.a) (17.b) (17.c)

15 Vitesses de recombinaison dans la base
Éclairement par la Face arrière (18.a) (18.b) (18.c)

16 Vitesses de recombinaison dans l’émetteur
Éclairement par la Face avant (19.a) (19.b) (19.c)

17 Vitesses de recombinaison dans l’émetteur
Éclairement par la Face arrière (20.a) (20.b) (20.c)

18 (21) (22) RENDEMENTS QUANTIQUES Rendement quantique externe:
Rendement quantique interne: (22)

19 Éclairement par la Face avant
RENDEMENTS QUANTIQUES Éclairement par la Face avant Figure III.1a : Rendement quantique interne de la photopile Q37C en fonction de λ H=159 µm; Ln=36µm; W=1µm; Lp=0,08µm Figure III.1b : Rendement quantique interne de la photopile Q68C en fonction de λ H=149 µm; Ln=89 µm; W=1µm; Lp=0,08 µm

20 Éclairement par la Face arrière
RENDEMENTS QUANTIQUES Éclairement par la Face arrière Figure III.2a : Rendement quantique interne de la photopile Q37C en fonction de λ H=159 µm; Ln=36µm; W=1µm; Lp=0,001µm Figure III.2b : Rendement quantique interne de la photopile Q68C en fonction de λ H=149 µm; Ln=89 µm; W=1µm; Lp=0,09 µm

21 METHODES DE DETERMINATION DES PARAMETRES DE RECOMBINAISON
Programme de calcul (23) Ajustement linéaire: Eclairement par la face avant (24) Eclairement par la face arrière (25)

22 RESULTATS : METHODE D’ALGORITHME DE CALCUL
Eclairement par la face avant photopile Q37C photopile Q68C photopile Q7C Leff (µm)experimental 36 89 200 σ 0,018 0.043 0,057 Ln(µm) 41 86 190 Lp(µm) 0,08 τn(µs) 0,48 2 10 τp(µs) Sb(cm.s-1) 3000 Se(cm.s-1) 5.105 8.108 □ Tableau III.1.a : Paramètres de recombinaison obtenues par la methode d’algorithme de calcul  

23 RESULTATS : METHODE D’ALGORITHME DE CALCUL
Eclairement par la face arrière photopile Q37C photopile Q68C photopile Q7C Leff (µm)experimental 36 89 200 σ 0.016 0.029 0.072 Ln(µm) 31 95 193 Lp(µm) 0.01 0,6 τn(µs) 0,8 2,5 11 τp(µs) 0,2.10-6 Sb(cm.s-1) 5.105 4.104 349 Se(cm.s-1) 10 3000 □ Tableau III.1.b : Paramètres de recombinaison obtenues par la methode d’algorithme de calcul

24 RESULTATS : METHODE D’AJUSTEMENT LINEAIRE
Eclairement par la face avant □ Tableau III.2.a : Longueurs de diffusion effectives et corrélation R par la méthode d’ajustement linaire Intervalles de longueurs d’onde Q37C (L=36 µm) Q68C (L=89 µm) Q7C (L=200 µm) R Ln (µm) 0,84 µm ‑ 0,96 µm 0,99901 36,69 0,9956 84,03 0,99981 149,47 0,92 µm – 1,00 µm 0,99733 48,12 0,99261 131,75 0,99565 202,49 Eclairement par la face arrière □ Tableau III.2.b : Longueurs de diffusion effectives et corrélation R par la méthode d’ajustement linaire Intervalles de longueurs d’onde Q37C (L=36 µm) Q68C (L=89 µm) Q7C (L=200 µm) R Ln (µm) 1,00 µm – 1,04 µm 0,99904 59,13 0,99981 145,56 0,99542 321,54 1,06 µm – 1,10 µm 0,99114 51,46 0,98952 88,65 0,99859 227,27

25 CALCUL DES PARAMETRES DE RECOMBINAISON
Eclairement par la face avant □ Tableau III.3.a : Valeurs des paramètres de recombinaison obtenues pour un éclairement par la face avant Photopiles Leff(µm)théorique Lneff(µm) τn (µs) Sb1(cm.s-1) Sfn1(cm.s-1) Q37C 36 37 0,4 9500 6,6.104 Q68C 89 84 2,0 4426 Q7C 200 202 11,8 3157 Eclairement par la face arrière □ Tableau III.3.b : Valeurs des paramètres de recombinaison obtenues pour un éclairement par la face arrière Photopiles Leff(µm)théorique Lneff(µm) τn(µs) Sb2(cm.s-1) Sfn2(cm.s-1) Q37C 36 51 0,8 7,2.105 6,6.104 Q68C 89 2,2 1,7.105 Q7C 200 227 14,8 4,0.104

26 CONLUSION ET PERSPECTIVES
Etude théorique Algorithme de calcul Paramètres de recombinaison avec prise en compte de l’émetteur Champ magnétique Réponse spectrale pour un éclairement simultané