Les cellules solaires, également appelées cellules photovoltaïques, convertissent directement la lumière du soleil en énergie électrique. La mesure de leur rendement consiste généralement à évaluer la puissance du rayonnement solaire incident à l'aide d'un radiomètre et à déterminer la puissance électrique produite au point de puissance maximale. Cependant, ce processus présente des difficultés car les performances des cellules dépendent du spectre solaire, qui varie selon les saisons, la situation géographique et les conditions météorologiques. Ces facteurs, combinés aux erreurs d'étalonnage des radiomètres, peuvent entraîner des mesures incohérentes et imprécises.
Pour atténuer ces problèmes, la plupart des fabricants utilisent des simulateurs solaires afin de tester le rendement des cellules photovoltaïques dans des environnements contrôlés. Ces simulateurs sont calibrés à l'aide de cellules standard dont le spectre lumineux correspond à celui de la lumière solaire dans des conditions normales.
Pièges courants lors des tests de cellules solaires à couches minces de silicium amorphe
Certains laboratoires et organismes de contrôle utilisent des cellules en silicium cristallin comme références pour évaluer les cellules en couches minces de silicium amorphe. Cette pratique entraîne souvent des erreurs de mesure importantes, ce qui soulève des doutes quant aux performances des cellules en silicium amorphe.
Normes internationales pour les essais de cellules solaires
Afin de garantir des comparaisons cohérentes et fiables, les normes internationales d'essais définissent des conditions spécifiques pour l'évaluation des cellules solaires :
Spectre : AM1.5
Irradiance : 1000 W/m²
Température : 25°C
AM1.5 fait référence au spectre solaire lorsque la lumière du soleil traverse l'atmosphère à un angle correspondant à un angle zénithal de 48,2°.
Pour des mesures précises, deux conditions essentielles doivent être remplies :
La réponse spectrale de la cellule de référence et de la cellule de test doit s'aligner dans une plage spécifiée, ce qui est généralement obtenu en utilisant des cellules de référence et de test fabriquées à partir du même matériau semi-conducteur et selon des procédés de fabrication similaires.
La source lumineuse du simulateur doit correspondre étroitement à la composition spectrale de la norme AM1.5.
Considérations particulières relatives aux cellules en silicium amorphe
Les cellules en silicium amorphe diffèrent considérablement des cellules en silicium cristallin en termes de matériau et de réponse spectrale. Voici les principaux points à prendre en compte pour des tests précis :
Étalonnage de l'irradiance :
Utilisez une cellule de référence en silicium amorphe spécialement conçue pour l'étalonnage de l'éclairement. L'utilisation de cellules en silicium cristallin à cette fin peut conduire à des résultats erronés en raison d'un décalage spectral. Même avec une source lumineuse idéale, garantir des résultats précis dans des environnements de laboratoire ou de production classiques demeure un défi.
Sélection de la source lumineuse :
Le simulateur solaire doit utiliser une source lumineuse dont le spectre se situe entre 300 nm et 800 nm, ce qui correspond étroitement au spectre AM1.5. Les simulateurs à lampe au xénon classiques présentent souvent un spectre riche en infrarouge (800 nm à 1100 nm) qui s'écarte de la norme, entraînant des écarts importants.
Réponse spectrale :
La réponse spectrale d'une cellule solaire correspond au nombre de porteurs de charge générés par photon à une longueur d'onde donnée. Les cellules en silicium amorphe présentent une réponse spectrale comprise entre 400 nm et 800 nm, contre 400 nm à 1100 nm pour les cellules en silicium cristallin. Lors de tests de cellules en silicium amorphe à l'aide de simulateurs calibrés avec des standards de silicium cristallin, le spectre riche en infrarouge (800 nm à 1100 nm) contribue au courant des cellules cristallines, mais pas à celui des cellules amorphes. Il en résulte une forte sous-estimation du courant et des performances globales des cellules en silicium amorphe.
De plus, la réponse spectrale des cellules en silicium amorphe est influencée par des facteurs tels que la lumière de polarisation et la tension, ce qui rend essentiel de tenir compte de ces variables dans des conditions non standard.
Pour tester avec précision les cellules solaires à couches minces de silicium amorphe, il est essentiel de porter une attention particulière à l'étalonnage de l'éclairement, au choix de la source lumineuse et à l'alignement de la réponse spectrale. Le respect de ces consignes garantit des résultats fiables et évite les erreurs liées à des méthodes d'étalonnage inappropriées.
