Descriptif
English below:
Ce cours enseigne la physique et l'ingénierie de base des dispositifs photovoltaïques. Il commence par la cellule solaire en tant qu'élément conceptuel (un morceau de semi-conducteur absorbant la lumière et extrayant sélectivement les porteurs de charge) pour comprendre les limites fondamentales de la transformation de l'énergie par un dispositif photovoltaïque. Le cours aborde ensuite les problèmes pratiques des dispositifs réels pour comprendre les compromis requis. Enfin, un aperçu technologique est donné pour comprendre comment ces principes sont mis en pratique, pourquoi le marché du photovoltaïque apparaît comme il le fait aujourd'hui et comment la production d'énergie photovoltaïque est passée d'un concept de niche coûteux à un concept peu chèr et abondant.
Langue du cours: Anglais
This course teaches the basic physics and engineering of photovoltaic devices. It begins with the solar cell as a conceptual element (a piece of semiconductor absorbing light and selectively extracting charge carriers) to understand the fundamental limits of energy transformation by a photovoltaic device. The course then addresses the practical issues of real devices to understand the trade-offs required. Finally, a technological overview is given to understand how these principle are put into practice, why the PV market appears as it does today, and how photovoltaic energy production has evolved from an expensive niche concept to a cheap and abundant one.
Course Language : English
Objectifs pédagogiques
English below:
À l'issue de ce cours, l'étudiant sera capable de :
- comprendre le fonctionnement d'une cellule solaire
- expliquer les limites fondamentales du rendement d'une cellule solaire
- diagnostiquer une cellule solaire défectueuse grâce à ses courbes courant-tension et rendement quantique
- établir un lien entre les propriétés des matériaux (bande interdite, travail d'extraction) et les principes fondamentaux de la conception de cellules solaires
- établir le lien entre le comportement des porteurs de charge dans les semi-conducteurs et les performances des cellules solaires
After this course, the student will be able to:
- understand the operation of a solar cell
- explain the fundamental limitations of solar cell efficiency
- diagnose a misfunctioning solar cell by it's current-voltage and quantum efficiency curves
- link material properties (band gap, work-function) to the basics of solar cell design
- make the connection between charge carrier behaviour in semiconductors and solar cell performance
Format des notes
Numérique sur 20Pour les étudiants du diplôme M1 EN - Energy
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 7
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- 7 ≤ note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
Programme détaillé
English below :
Plan du cours :
- Introduction générale, "Qu'est-ce que la photovoltaïque ?" ressource en énergie solaire, usages courrant des PV
- Introduction à la physique des semi-conducteurs cristallins : théorie des bandes, semi-conducteurs intrinsèques et extrinsèques, quasi niveaux de Fermi
- Phénomènes de transfert dans les semi-conducterus, recombination, jonction p-n. Effet photovoltaïque
- Jonctions de matériaux et diagrammes des bandes d'énergie. Contacts métal/semi-conducteur. Hétérojonctions
- Absorbtion optique, spectre solaire et EQE. Limites du rendement d'une cellule photovoltaïque. Modèle de circuit équivalent
- Silicium cristallin, technologie PV et opération. Architectures de cellules silicium cristallin de base et à haut rendement
- Aperçu de la technologie PV et le coût du PV
- Modules, concentration et concepts avancés
Course Outline:
- General Introduction, “What is Photovoltaics?” Solar energy resource, current use of PV
- Introduction to the physics of crystalline semiconductors: band structure, intrinsic and extrinsic semiconductors, quasi-Fermi levels.
- Transport phenomena in semiconductors, recombination, the p-n junction. The photovoltaic effect
- Material junctions and energy band-diagrams. Metal/semiconductor contacts. Heterojunctions
- Optical absorption, solar spectrum and EQE. Solar cell efficiency limits. Equivalent circuit model.
- Crystalline silicon (c-Si) PV technology and operation. Basic and high efficiency c-Si cell architectures.
- PV technology overview and the cost of PV
- Modules, concentration, and advanced concepts
