Investigation on the efficiency of back-contact monocrystalline silicon solar cells in low concentration and non-homogenous illumination

Sherafati, Ghazal (2021). Investigation on the efficiency of back-contact monocrystalline silicon solar cells in low concentration and non-homogenous illumination. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Renewable energy and in particular solar cells are the subject of a continued interest. Consequently, studying the parameters that influence the efficiency of the solar cells as well as methods to improve their performance is of great interest. Among the possible parameters that impact the efficiency of the solar cell, non-homogenous illumination occurs more frequently in particular in concentrating solar cell systems; therefore studying the influence of non-homogeneous illumination on the performance of the solar cells are of a great value.

In this thesis, a literature review on the subject of solar cells and in particular non-uniform illumination is given. The back-contact solar cell is modeled using COMSOL and the effects of doping on the parameters of the cell are being studied. The simulated model is verified by the theory in different light intensity. Afterwards this model is studied in non-homogenous illumination in different concentration ratios and the results of the simulations are compared with previous works. Conclusions are made based on the simulation about the impacts of nonuniform illumination on the efficiency of the solar cell in low and high concentration.

A back-contact solar cell is characterized in the laboratory and the impacts of the illuminated area on the characteristics of the cell are studied. Moreover, the temperature effects on the parameters of the cell are measured and compared with the theory which shows a good agreement. A method to generate non-uniform illumination as well as the measurements of the resulted intensity map is presented. The solar cell is studied in different non uniform illumination, having different average illumination over the cell and the results are compared with the theory.

Based on the results from simulation and experiments, it is concluded that the effects of nonuniform illumination on the efficiency of the cell is negligible for low concentration, before reaching saturation while the temperature stays constant, in control. Regarding the medium and high concentration, both temperature effect and saturation which occurs due to nonuniform illumination, leads to drop in the efficiency of the cell.

Titre traduit

Étude de l'efficacité des cellules solaires en silicium monocristallin à contact arrière lorsque éclairées par une illumination de faible concentration non homogène

Résumé traduit

Les énergies renouvelables et en particulier les cellules solaires font l'objet d'un intérêt constant. Par conséquent, l'étude des paramètres qui influencent l'efficacité des cellules solaires ainsi que les méthodes permettant d'améliorer leurs performances est d'un grand intérêt. Parmi les paramètres possibles qui influencent l'efficacité de la cellule solaire, l'éclairage non uniforme est le plus fréquent, en particulier dans les systèmes de cellules solaires à concentration ; par conséquent, l'étude de l'influence de l'éclairage non uniforme sur la performance des cellules solaires est d'une grande valeur.

Dans cette thèse, une revue de la littérature sur le sujet des cellules solaires et en particulier sur l'éclairage non uniforme est donnée. La cellule solaire à contact arrière est modélisée à l'aide de COMSOL et les effets du dopage sur les paramètres de la cellule sont étudiés. Le modèle simulé est vérifié par la théorie dans différentes conditions d'intensité de la lumière. Ensuite, ce modèle est étudié sous un éclairage non homogène dans différents rapports de concentration et les résultats des simulations sont comparés aux travaux précédents. Des conclusions sont tirées de la simulation concernant les impacts d'un éclairage non uniforme sur l'efficacité de la cellule solaire en basse et haute concentration.

Une cellule solaire à contact arrière est caractérisée en laboratoire et les impacts de la zone illuminée sur les caractéristiques de la cellule sont étudiés. De plus, les effets de la température sur les paramètres de la cellule sont mesurés et comparés avec la théorie qui montre un bon accord. Une méthode permettant de générer un éclairage non uniforme ainsi que les mesures de la carte d'intensité résultante sont présentées. La cellule solaire est étudiée sous différents éclairages non uniformes, avec des éclairages moyens différents sur la cellule et les résultats sont comparés avec la théorie.

Sur la base des résultats de la simulation et des expériences, il est conclu que les effets de l'éclairage non uniforme sur l'efficacité de la cellule sont négligeables pour une faible concentration, avant d'atteindre la saturation alors que la température reste constante, sous contrôle. En ce qui concerne la concentration moyenne et élevée, l'effet de la température et la saturation qui se produit en raison d'un éclairage non uniforme, entraîne une baisse de l'efficacité de la cellule.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 73-76).
Mots-clés libres:	cellule solaire, éclairage non uniforme, concentration, efficacité
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Izquierdo, Ricardo
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	25 oct. 2021 18:39
Dernière modification:	25 oct. 2021 18:39
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2749

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