Optimization of solar cell performance through numerical simulation

Abstract

Cette thèse traite des matériaux semi-conducteurs et des technologies de cellules solaires, en se concentrant sur leurs propriétés, leurs principes de fonctionnement et leurs stratégies d'optimisation. Les propriétés électroniques de base des semi-conducteurs sont discutées, soulignant le rôle des structures cristallines dans des matériaux tels que le silicium, le germanium et l'arséniure de gallium (GaAs). L'effet photovoltaïque et les différents types de cellules solaires sont expliqués, en se concentrant sur la conversion de l'énergie solaire en électricité et les avantages des technologies émergentes. Le programme de simulation SCAPS-1D, un outil de modélisation et de conception des performances des cellules solaires, est étudié. Les cellules solaires en arséniure de gallium, en particulier sa structure p-i-n, sont étudiées, montrant que des paramètres optimisés peuvent améliorer l'efficacité jusqu'à 30,04 %. Dans l'ensemble, cet article souligne le rôle essentiel des matériaux semi-conducteurs dans les énergies renouvelables et l'importance des améliorations de conception pour améliorer les performances des cellules solaires, ouvrant la voie aux technologies solaires de nouvelle génération. يتناول هذا البحث المواد شبه الموصلة وتقنيات الخاليا الشمسية، مع التركيز على خصائصها ومبادئ تشغيلها واستراتيجيات التحسين. تم التطرق الى الخصائص اإللكترونية األساسية ألشباه الموصالت، وتسليط الضوء على دور الهياكل البلورية في مواد مثل السيليكون والجرمانيوم وزرنيخيد الغاليوم )GaAs). توضيح التأثير الكهروضوئي وأنواع الخاليا الشمسية المختلفة، مع التركيز على تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء ومزايا التقنيات الناشئة. دراسة برنامج محاكاة D-1SCAPS، وهو أداة لنمذجة أداء الخاليا الشمسية وتصميمها. دراسة الخاليا الشمسية المصنوعة من زرنيخيد الغاليوم، وخاصة هيكلها -p n-i، مما يدل على أن المعلمات المحسنة يمكن أن تعزز الكفاءة إلى .%30.04 وبشكل عام، يؤكد هذا البحث على الدور الحاسم للمواد شبه الموصلة في الطاقة المتجددة وأهمية تحسينات التصميم لتطوير أداء الخاليا الشمسية، وتمهيد الطريق لتقنيات الطاقة الشمسية من الجيل التالي