Revêtements antireflets pour améliorer les propriétés optiques des cellules photovoltaïques à concentration

Le photovoltaïque concentré (CPV) est une technologie de production d’énergie solaire au coût potentiellement moins élevé que le photovoltaïque standard dans certaines régions, et ce, avec un impact réduit sur l’environnement. Pour augmenter l’efficacité de conversion énergétique du CPV, nous visons à réduire les pertes par réflexion et absorption à la surface des cellules. Ce mémoire présente les travaux de recherche effectués pour étudier cette problématique et proposer deux solutions innovantes pour augmenter les performances des cellules solaires CPV. Les revêtements antireflets (ARC) utilisés dans l'industrie du CPV sont connus pour offrir une mauvaise isolation contre l'humidité, l'oxygène et autres contaminants. Ce mémoire propose l'utilisation de nitrure de silicium à indice de réfraction élevé et basse absorption pour une meilleure encapsulation par l'ARC. En outre, cette étude s’intéresse aux avantages de l'élimination de la couche de fenêtre absorbante en AlInP grâce à la passivation par effet de champ à partir de charges fixes dans le nitrure. Le remplacement de la couche de fenêtre par un ARC à base de SiN augmente la réponse spectrale dans l'UV et la lumière bleue, mais réduit la réponse dans le visible, en raison d'une passivation de surface plus faible qui augmente la vitesse de recombinaison des porteurs minoritaires à la surface. Ceci pourrait avoir le potentiel d'augmenter l'efficacité des cellules solaires mais n'a pas pu être démontré. Un ARC microstructuré peut aussi réduire les réflexions pour une large gamme d’angles d’incidence en créant un gradient d'indice de réfraction effectif qui lisse la transition optique entre l'air et un milieu transparent à haut indice. Un revêtement de microbilles déposées développé dans cette étude a permis d'augmenter le courant produit par des cellules solaires de 2,26 % pour des billes de 1000 nm sur une couche de silicone. Ces résultats ont été mesurés à partir du spectre d'efficacité quantique externe.
Concentrating Photovoltaics (CPV) is a less expensive solar power generation technology than standard photovoltaics in some regions, with a reduced environmental impact. To increase the energy conversion efficiency of CPV, we aim to reduce reflection and absorption losses at the cell surface. This report presents the research work carried out to study this problem and to propose two innovative solutions to increase the performance of CPV solar cells. Anti-reflection coatings (ARC) used in the CPV industry are known to provide poor insulation against moisture, oxygen and other contaminants. This research proposes the use of silicon nitride with a high refractive index and low absorption for a better encapsulation by ARC. In addition, this paper investigates the benefits of removing the absorbent AlInP window layer by field effect passivation from fixed charges in the nitride. Replacing the window layer with an SiN-based ARC increases the spectral response in UV and blue light but reduces the response in the visible due to lower surface passivation. This could have the potential to increase the efficiency of solar cells but could not be demonstrated. A microstructured ARC can also reduce reflections over a wide range of incidence angles by creating an effective refractive index gradient that smoothes the optical transition between air and a transparent high-index medium. A coating of deposited microbeads developed in this study increased the current produced by solar cells by 2.26 % for 1000nm beads on a silicone layer. These results were measured from the external quantum efficiency spectrum.