Il existe différents types de courants à l'intérieur des cellules solaires, tels que le courant d'obscurité, le courant inverse et le courant de fuite. Ces courants ont un impact variable sur la puissance de sortie des modules solaires. La caractérisation de ces courants permet d'identifier les causes d'une puissance de sortie anormale des modules et contribue ainsi à la résolution complète des problèmes.
Courant noir
Définition
Le courant d'obscurité, également appelé courant de saturation inverse en l'absence d'éclairage, désigne le courant continu inverse généré dans une jonction PN polarisée en inverse lorsqu'aucune lumière incidente n'est émise. Il est généralement dû à la diffusion des porteurs de charge ou à des défauts présents en surface et à l'intérieur du dispositif, ainsi qu'à des impuretés.
Formation
(1).Processus de diffusion :Dans une jonction PN, la région N contient davantage d'électrons et la région P davantage de trous. Du fait de cette différence de concentration, les électrons de la région N diffusent vers la région P, et les trous de la région P diffusent vers la région N. Bien que le champ électrique interne de la jonction PN s'oppose à cette diffusion, celle-ci se produit néanmoins jusqu'à l'établissement d'un équilibre dynamique, générant ainsi un courant de diffusion.
(2).Défauts et impuretés :Lorsque des défauts sont présents à la surface ou à l'intérieur du dispositif, ils agissent comme centres de recombinaison, capturant les électrons et les trous et facilitant leur recombinaison. Les impuretés nocives jouent un rôle similaire, contribuant à la formation d'un courant d'obscurité.
Impact
Le courant d'obscurité est souvent pris en compte lors du tri des plaquettes de silicium. Un courant d'obscurité excessif indique une mauvaise qualité de la plaquette, notamment la présence de nombreux états de surface, de défauts de réseau cristallin, d'impuretés nocives ou de concentrations de dopage trop élevées. Les cellules solaires fabriquées à partir de telles plaquettes présentent généralement une faible durée de vie des porteurs minoritaires, ce qui entraîne directement un faible rendement de conversion.
Courant d'obscurité dans les cellules solaires
Dans les diodes simples, le courant d'obscurité correspond au courant de saturation inverse. Dans les cellules solaires, en revanche, le courant d'obscurité comprend le courant de saturation inverse, le courant de fuite de la couche mince et le courant de fuite du matériau.
Courant de saturation inverse
Définition
Le courant de saturation inverse désigne le courant circulant dans une jonction PN lorsqu'une polarisation inverse est appliquée. La tension inverse élargit la zone de déplétion, augmentant ainsi le champ électrique et l'énergie potentielle des électrons. Il devient alors difficile pour les porteurs majoritaires de franchir la barrière, réduisant le courant de diffusion à une valeur quasi nulle.
Formation
1. Courant de dérive : L'augmentation du champ électrique facilite la dérive des porteurs minoritaires dans les régions N et P, formant un courant inverse.
2. Dépendance à la température : Étant donné que les porteurs minoritaires sont générés thermiquement, leur nombre est constant à une température donnée, et le courant inverse l'est également.
Courant de fuite
Définition
Les cellules solaires peuvent être divisées en trois régions : la couche mince (région N), la zone de déplétion (jonction PN) et le cœur (région P). Les défauts et impuretés présents dans ces régions agissent comme centres de recombinaison, capturant les électrons et les trous pour faciliter leur recombinaison. Ce processus génère de faibles courants, contribuant au courant d'obscurité mesuré.
Types
• Courant de fuite en couche mince : causé par des défauts et des impuretés dans la couche mince.
• Courant de fuite de volume : causé par des défauts et des impuretés dans la zone de volume.
Objectif des tests de courant d'obscurité
1. Prévenir les pannes
En cas de polarisation inverse de la cellule ou d'inversion de polarité du module, un courant d'obscurité excessif peut entraîner une défaillance rapide de la cellule. Bien que rare, la mesure du courant d'obscurité permet de prévenir de tels incidents.
2. Surveillance des processus de production
Le test du courant d'obscurité permet d'identifier les problèmes potentiels du processus. Le courant d'obscurité est composé du courant de saturation inverse, du courant de fuite de la couche mince et du courant de fuite du volume, représentés respectivement par J1J_1J1, J2J_2J2 et J3J_3J3.
Lorsqu'une tension inverse est appliquée :
· Région 1 : Dominée par J2J_2J2 (courant de fuite de couche mince).
· Région 2 : Dominée par J3J_3J3 (courant de fuite de volume).
· Région 3 : Dominée par J1J_1J1 (courant de saturation inverse).
Les limites de ces régions sont déterminées par des tensions d'essai spécifiques.
Effets de la tension
Lorsqu'une tension est appliquée à la cellule, elle provoque une injection électrique dans la plaquette de silicium, excitant des porteurs de charge hors d'équilibre. Plus la tension est élevée, plus le nombre de porteurs excités est important, ce qui entraîne un courant d'obscurité plus élevé. Cependant, la vitesse de croissance diminue à mesure que la tension augmente jusqu'à la défaillance de la cellule.
Tests standardisés
Le courant d'obscurité est généralement mesuré à 12 V. En comparant les résultats du test à des courbes standard, l'état de la cellule peut être évalué :
• Un courant d'obscurité excessif dans la région 1 indique des problèmes dans la couche mince.
· Un courant d'obscurité excessif dans la région 2 suggère des problèmes dans la région principale.
· Un courant d'obscurité excessif dans la région 3 indique des problèmes au niveau de la jonction PN, tels que la diffusion, l'impression sur écran ou des incohérences de température.
Conclusion
La mesure du courant d'obscurité est cruciale pour identifier les problèmes liés au processus et améliorer la production de cellules solaires.
