menteramal

Ministère de l´Enseignement Supérieure et de la Recherche Scientifique
Université Ferhat Abbas -Sétif-
U F A S (ALGERIE)
MÈMOIRE
Présenté à la faculté des Sciences de l’Ingénieur
Département d’Electronique
Pour l’obtention du Diplôme de
MAGISTER
Option : Communication
Par
Mme : MENTER AMEL
Thème
Conception d’une cellule photoacoustique pour la mesure
du rendement des cellules solaires
Soutenu le : ………… devant la commission d’examen :
Mr T. MOHAMADI Prof. à l’université de Sétif Président
Mr N. KHENFER Prof. à l’université de Sétif Examinateur
Mr F. DJAHLI Prof. à l’université de Sétif Examinateur
Mr A. BOULOUFA MC. à l’université de Sétif Examinateur
Mr A. ZEGADI Prof. à l’université de Sétif Rapporteur

Je remercie en premier lieu Dieu qui m’a donné ce bien là et pour que
je vie ce jour et la force et la patience pour terminer ce travail.
Je tiens à exprimer mes remerciements à mon encadreur Prof. A.
Zegadi qui a proposé et a dirigé ce travail.
Je remercie monsieur le président de jury, ainsi que les membres de
jury d’avoir accepter de juger ce travail.
Je tiens à remercier les responsables et tout le personnel du
département d’Electronique de Sétif pour les facilités qu’ils m’ont accordés pour
terminer ce travail.
Le travail de mémoire que j’ai effectué doit beaucoup à certaines
personnes que je tiens à les remercier sincèrement.
Enfin, je remercie tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à ma
formation et à l’élaboration de ce modeste mémoire.

Sommaire
Introduction générale CHAPITRE 1
Les cellules solaires et la conversion photovoltaïque
1-1 L’énergie solaire 1
1-2 Brève histoire des photopiles 2
1-3 Différents types de cellules solaires 2
1-4 Mécanisme élémentaire de la conversion de l’énergie solaire 4
1-4-1 Optimisation du rendement 4
1-4-2 Spectre solaire 5
1-5 Mécanisme de transport dans les semiconducteurs 7
1-6 Jonction p-n en obscurité 10
1-6-1 Jonction p-n à l’équilibre 10
1-6-2 Jonction p-n hors l’équilibre (sous tension) 12
1-7 Jonction sous éclairement 15
1-8 Facteurs limitant le rendement 16
1-8-1 Les pertes énergétiques 16
1-8-2 Les pertes optiques 17
1-9 Description d’une cellule solaire à semiconducteur 19
1-10 Notion de courant de court-circuit et la tension de circuit-ouvert 21
1-10-1 Puissance débitée 22
1-10-2 Facteur de forme 23
1-10-3 Décomposition du rendement 23
1-10-4 Optimisation du rendement 25
1-11 La composition d’une cellule solaire en couche mince 25
1-11-1 la couche absorbante 27
1-11-2 la couche tompon 27
1-11-3 la couche d’oxyde transparent conducteur 28
1-12 Conclusion 28
CHAPITRE 2
L’effet photoacoustique dans les semiconducteurs
2-1 Introduction 30
2-2 Calcul de la réponse PA 31
2-3 discussion des résultats et le problème d’interprétation des mesures
pratiques 39
CHAPITRE 3
L’effet photoacoustique dans les composants optoélectroniques
3-1 Introduction 40
3-2 Considérations théoriques 40
3-3 Les équations du flux de chaleur 42

3-3-1 Semiconducteur homogène 43
3-3-1-1 Semiconducteur sous illumination 43
3-3-1-2 Semiconducteur dans l’obscurité 44
3-3-2 Jonction p-n 44
3-3-2-1 Jonction p-n sous illumination 44
3-3-2-2 Jonction p-n en obscurité 45
3-3-3 Génération du signal 45
3-4 Interprétation des résultats 47
3-4-1 Caractéristique J(V) 47
3-4-2 Puissance fournie par la cellule 49
3-4-3 L’influence des résistances série et parallèle
sur les performances de le cellule 50
3-4-4 Rendement 53
3-4-4-1 Rendement 56
∗
η
3-4-4-2 Rendement ηC*ηG 56
3-4-4-3 Rendement ηp 59
3-5Conclusion 62
CHAPITRE4
Dimensionnement et conception de la cellule photoacoustique
4-1 Introduction 64
4-2 Détermination du rendement des cellules solaires par la technique PA 64
4-2-1 Modèle basé sur le signal PA 64
4-2-2 Schéma synoptique d’un spectromètre PA 66
4-3 Conception de la cellule PA 71
4-3-1 Maximisation du signal PA 73
4-3-2 Minimisation des effets dus à la dispersion de la lumière 73
4-3-3 Configuration du microphone 74
4-3-4 Isolation acoustique 74
4-4 Cellule photoacoustique 74
4-4-1 L’effet du gaz 76
4-5 Conclusion 76
Conclusion générale
Bibliographie

En raison de développement de l’industrie, du transport, des moyens de
communication et autres, la croissance mondiale de la communication d’électricité observée ces
dernières décennies va encore s’accroître. L’énergie électrique est généralement produite par
combustion à partir des ressources non renouvelables (charbon, pétrole, gaz, uranium) dont les
délais d’épuisement sont de l’ordre de quelques décennies. De plus, ce type de production
d’énergie est très polluant. Le développement des sources d’énergie renouvelables et non
polluant est donc d’actualité.
Le photovoltaïque est la plus jeune des énergies renouvelables. Il a l’avantage d’être
non polluant souple et fiable. Il constitue bien souvent la seule possibilité d’électrification pour
les deux milliards de personne non encore raccordées au réseau. Il permet alors d’éviter
l’installation de groupes électrogènes qui posent des problèmes de fiabilités et
d’approvisionnement en carburant.
Les techniques d’intégration des modules photovoltaïques dans le bâtiment sont
actuellement disponibles et présentent plusieurs intérêts :
¾ L’utilisation des grandes surfaces libres pour produire de l’énergie, d’autre que la
toiture (façade, pergolas, verrières….).
¾ Le remplacement de matériaux de constructions traditionnels par un matériau
actif, pouvant contribuer à un projet global d’architecture bioclimatique.
¾ La modernisation de l’image de marque pour une entreprise…..
A l’heure actuelle, c’est probablement dans le secteur spatial, où le problème de coût
est secondaire, que le photovoltaïque est le plus adapté à la problématique et le plus compétitif
d’autant que le rapport poids/rendement à été amélioré grâce à la réalisation de nouveaux
matériaux.
La spectroscopie photoacoustique est une des techniques utilisées pour étudier les
caractéristiques optiques et thermiques des matériaux et dispositifs quelques soit leurs formes :
solides, semi solides, gels et liquides. Dans cette technique, l’énergie lumineuse absorbée par
l’échantillon, génère a sa place soit une quantité thermique (chaleur) ou acoustique (pression) au
niveau de la surface de l’échantillon, cette quantité thermique ou acoustique est détectée, soit en
utilisant un capteur acoustique ou bien thermique ou les deux à la fois.