Propriétés électriques des composants électroniques minéraux et organiques. Conception et modélisation d’une chaîne photovoltaïque pour une meilleure exploitation de l’énergie solaire Abdelhak Aziz To cite this version: Abdelhak Aziz. Propriétés électriques des composants électroniques minéraux et organiques. Conception et modélisation d’une chaîne photovoltaïque pour une meilleure exploitation de l’énergie solaire. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. Français. �tel-00143296� HAL Id: tel-00143296 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00143296 Submitted on 25 Apr 2007 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. 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UNIVERSITE TOULOUSE III- PAUL SABATIER UFR : Conceptions des Circuits Microélectroniques et Microsystèmes (CCMM) THESE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE TOULOUSE III Présentée et soutenue par : Abdelhak AZIZ Titre : Propriétés électriques des composants électroniques minéraux et organiques, Conception et modélisation d’une chaîne photovoltaïque pour une meilleure exploitation de l’énergie solaire ________ Directeur de thèse : François OLIVIE _______ Jury MM : Alain CAZARRE : Professeur à l’université Paul Sabatier, Toulouse (Président) Mohamed BENZOHRA : Professeur à l’université Rouen (Rapporteur) Khalifa AGUIR : Professeur à l’université Aix-Marseille (Rapporteur) Khalil KASSMI : Professeur à l’université Mohamed 1er (Co_directeur) ! $ % & ' & 1 $ % 2 3 3 # 4 " # 6" # & / "; # ( & )* +, & "0/ . # 6 - ' 8 ! # ' 0 ! % 23 -# ' " ' 6 ' 3 9 ' . $ " ' ! 3 8! 9 - # ' . $ . 4"" & 8 #8 & 2 ' : - 0 ! :. - - -# ' : - 2 &<5 ! 6 8 & 6 = = =3 6 @ 6 5 ! 8 #8 @ $ /B/" # # #8 8 #8 % 05 A 9 # #8 ' ! +, 6 ! :2 2 ' 6 6 ' ' ' #8 -6 :2C ! 8 ' #8 8 2 3 # 9 63 %# 9 >" ;$E F ! %' :G& ! 23 # # 38 - % 2 3 ! 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Structure de bandes d’énergie 5 0 M7R 7 2 8 2 2 1 0 5SR 7 2 5 ., , 3 , E 2 π # $BF) " , . π , # (' . .. πN 3 0 2 (' 2 , # ! 0 $BF) . 3 0E 7 $BF C&F C&() 5 0 . 2 0, M7R 7'5SR 7 2 2 2 2 ! # , 3 2 0 2 > - πN 5SR 7 πN 5SR 7 π N π π 5SR 7 π M7R 7 M7R 7 4! π 5SR 7 @ N 4P π M7R 7 M7R 7 -0 , 4 , 7 @ , , F / " 01 * 1 5 , $BF) 5 . $BC CF:) * 2 • 2 ( 2 ('; 3 ;& + , 9 • , 2 - UF P 2 • • 2 > 2 # - VF P $BF) 2 5 , @@P @(78 ! 0 2 , ' , 0 . 3 1 @ 2 A $% %%) , $BF) . (' .. .. 2 , 2 @-178 - 0 ? ! . , 0 (C , E 3# 2 F π P @ 5 , @@P , 8 5SR 7 . 2 A π 1 . 2 # " . * ('; ! ., , 2 . M7R 7 # .. $C&:'C&;) . * 0 $BC BF B() , , 2 ! 4 -. - - 4 4 , 2"3 0) " 0 " * + 1 1 , 45 50 " + ;C ( * ( , ! "## $ :( F :F (F : " " % &% BB B F( B ;: :B FC F 6 * F% NN (! 4 $7%5 &2'( II.5. Propriétés électriques des polymères II.5.1. Dopage des polymères 5 2 , 8 . C& ) G , W # 5 0 $BF ' 2 , 2 ! , - .. .. ! 0E ' # / E 0 S . , 5 0E ' , # C& # (&X$CF:) @ 0 • 2 0 * 5 , 0 $BF C&: C& )* . 0 .. • 1 0 0 * G # 5 2 . E , • 2 • 3 3 0 * '2 0 3 0 , # 0 π # . 2 A , 1 0 / # $C&C) • 3 0 " 2 .. 0 2 0 , 0 0 5 , 2 , # ;F 2 5 " 0 , II.5.2. Porteurs de charges @ 2 0E 3 M7R 7 5SR 7 , . 2 ' 0 > 3 @ 2 2 0 1 . 6 0 0 $BF B() . , . 3 , 2 1 (' '2 0E . (' ' 2 . . , @Y ! . , @' 3 0 2 1 # 0 5 ' 0E # • • 0E # 0E 0 # , @> , 1 . 0 . 2 0E ' 0E 2 2 @ > 2 5 * . , 5 3 .. . , 0E 0E ! . 0 , 2 # 2 . , , 3 2 , $C&:) 7 6 . . . S .. . 0 2 , 0 0E / , , 0E . . 0 $BF C& C&B) 2 MSR 7 5SR 7 $BC BF) 0 0 0 MSR 7 5SR 7 0 0E . . (' '2 . 5 . . . . 1 ∆- Z (' '2 E * 2 - 5SR 7 M7R 7 5SR 7 - ∆- 2 8" * 5 * 3 ) ;( - M7R 7 + $%&' " ( II.5.3. Modes de conduction dans les polymères 1 $C&C) ! 2 , " 5 0 . .. 5 .. 2 0E 0 2 , . 5 .. (' % 0 $F;) 0E . E 2 2 π 0E ' 0 E $BF C& C& ) . 5 2 • 0E # • F 2 0E 2 . 2 P'C 'C , @@P 3 #C , $BC BF C& C&%) ! 2 $BF) @ 0 (' % * E 2 ' 0E $BF) " C&': 2 ! 3 F P'C 0E 'C " # 3 2 . 2 0E !0 E .. , M 2 ! , ' 0E 7" )) 9 ( II.6. Phénomène de transport des porteurs de charge dans les polymères 3 0 , Q 0 2 , , # 2 • 3 A %% F;) $ ; (&) - 0 # 2 ! 2 2 0 .. , , . . 0 < 9 T '> 0 0 $% 9> # 3 0 . 5 * # , 2 • , " . " / , $F;) 0 C #( P , ! ;: II.6.1. Emission Thermoionique 1 0 , , < Φ @ 6 0 , 2 , $C&F CC&) 2 O 0 # :6 = :6 . A , @ . (' B * − :6 ) ( :6 =−= 4 − 0* 6 >6 & 4 − < −! η; 6 :6 = −: 4 − < −! η; 6 * :6 :6 : * >* <* φ* * 2 ;6 * * 0 4 < , =* 6* η*. A , G , # . - 0 * ; 6 = ? >6 1 0 , O 0 2 I* * 0 0 ? 6 1 2 / 2 .. , $F;)Z $% %%) < 0 G . [ . (' B * • 2 , ! 3 • 2 , < 0 @ .. .. 0 - .. 2 $BC) , 0 ? . . , , 0 , 0 . .. $F;) ! 2 #. @ 0 . [ 3# 2 , > , 0 ? # , @ 2 , . → 1 G , 0 0 , . ' • . • . η = C #; [email protected]!A 7 =B & B?& ; 2 2 $%B CCC CCF) * (' B @ , R 5SR 7 -. P -. Y Y Y -2 ]8R @ ][email protected] & %" 0* "* " < " 0) " 0) " :6 :6 " " E F+ )) !0 R [ # < ' PY P MSR 7 YYYYY ( ) B 5 5 5 5 1 1 1 1 II.6.2. Injection par effet tunnel 5 0 0 2 . 2 , . 1 2 2 0 0 . " #2 , .. , 0 2 0 0 . ' 0 C . (' C& $(&) 0 . (' ! 2 2 C& ! .. . 0 9 T '> 2 , . 9> $ ; B( C&F CC&) * 0 D 0 (' C& 5 , ( ) = ?! ⋅0 4 − ? & 0 & : 9 T '> 0 -2& \ . 0 0 * ?! 1 , , .. 9 T '> 0 ' 0 # • • ?& * < 3 , - 0 0 < , .. * . .. .. # 0 < C # 0 9> ;; 5 ( → 0 R @ , 5SR 7 Φ ## '( 0) Y Y Y 0* M7R 7 & !A " > C )) Φ " → D + 1 0( 5 C " 0* " * ( F+ ) B ( II.6.3. Courant limité par la charge d’espace 1 # .. 0 . $F; CC:)* := %µε ε 1 < 3 & < 73 ε ε µ I * * 2 . 0 2 ! 3 1 2 II.6.4. Abaissement de la barrière par effet de la charge image 1 A # , A 2 , 0 . 0 ! 2 , < 6 .. 0 A 2 . 2 2 , 0 ? , # 2 2 !2πε ε • 0 = β0 , .. 0 " 0 , 0 !B & C ; C&'CB ! β * . ; . # .. # .. $F;) * 0 , 1 2 ∆φ = I 2 $F; F ) 1 " 2 1 2 (' CC 1 . * G 0 β= !2πε ε .. 5 2 → 0G 0 0 . < , ∆φ 2 (' CC - .. 0 2 9> $ ; F ) * • 9> . (' CC $ ;) 2 , 2 • 0 < β0 C A F . - β0 =−: 4 : 0 2 $F;)* ?6 !B & 4 − < −! η; 6 ?6 05 G . 1 " 2 . (' C& β0 C A F ?6 . * - 0 . . 6# 1 4 − < −! η; 6 ≈: :6 0 2 , 2 0 G .. 0 . β0 =: 4 :6 !B & ?6 1 2 0 H 2 , <!B& !B& :6 0 - ∆φ 3 .. 80 -2 4 , + .. 4 -. 3 0 , + .. 9> R !! " =* * + 0*A " * 0) " ∆φ " * F+ ) D( B F+ ) )) B 5 5 * )) 5 → 0 " ( ;% * 0 .. $ ) *+ , - III.1. Processus technologique et procédures expérimentales , 5 # , . 0 ? 5 , 0 @ ' * 5 0 ? 0 $CC ) * 0 @(78 "' @(78 . . 0 (' C:F 0 A < 0 , 'F ' @(78 $CC CF&'CFF ) . !%MC (' CF ' @(78 0 $CC ) !& " 2 J ( &&& A @(78Y 0 0 T & % . F& A ?5 F 5 F&& . C . 87A , @ 2 5 A!>O QF P #F P . 87 5 C& L^ #:F L^ . 5 # . 0 # 0 $%B) C&C; .. # 2 # 5 4 7O 1 %&&& (' C( @(78 # S @(78 0 ? 0 ? (' C: 1 $%B) 0 ? , 87 . . . . I6 $!!/'( ' '( ' 8 +2 9 > & C P 5 +!7R ' # $B&) @(78 P 87 ! " + ( !. " 3 ;B * III.2. Caractéristiques courant-tension expérimentales III.2.1. Stabilité électrique des structures Schottky en polymère . (' C # 2 ' 0 ? " 2 > L^ $CC 'CCB) 2 . > 0 .. <KA 2 * 2 2 C& L^ #:F . 0 (&& L^ <JA (' C ' 2 ! .. < 300 200 100 0 I(µA) -100 -200 -300 !/ " -400 5 F 6 G AA L? 5 * -500 -600 ( -700 -800 -900 -1000 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 V(V) III.2.2. Influence de la température sur les caractéristiques courant-tension . (' C; ' . E . (' C . 0 ? < E* • E . 2 C&& L^ . . * • , 2 # * 5 C&&L^ ! " . 2 0 . A(. < J < JA ! " (' C% " . . < & E * • . • . # . • . . , 2 C & ( . F C& C&& L^ C& # :F L^ • . 2 < JA(&< 2 5 5 C& L^ #:F L^ . 2 . . 1 $B&) . ' 0 # . 4 10 200 A 100 B 3 10 2 0 10 -100 1 10 -200 300 K 200 K 105 K 350 K 400 K -300 -400 -500 -600 -700 I(µA) I(µA) # (' C% , 300 0 10 300 K 200 K 105 K 350 K 400 K -1 10 -2 10 -3 10 -800 -4 10 -900 -1000 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 -5 10 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 V(V) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 V(V) !2 " ) = ) <5 > H " ) <( 3 4 10 3 10 2 10 10 2 10 1 10 0 I (µA) -I (µA) ( # :& #CF 1 10 10 -1 0 10 10 V = -0.2 V V = -0.8 V V = -1.4 V V = -2 V -1 10 V = 0.2 V V = 0.8 V V = 1.4 V V=2V -2 10 -3 -2 10 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 50 100 150 !8 200 250 300 T (°K) T (°K) ) <JA ( C 1 <KA 350 400 450 Id/Iinv 10 4 10 3 10 2 10 1 !7 " ) ) 10 M 0 10 -1 10 -2 |V| |V| |V| |V| 50 100 150 = = = = 1 0.2 V 0.8 V 1.4 V 2V 200 ( 250 300 350 400 450 T (°K) III.3. Caractéristiques courant-tension en direct 1 $%B CCC'CC( ) AJ <J!< . 2 3 2 H . < 0 ? 0 < 2 1 . A(. < &< J<JA < , ('C;'4 $CC 'CCB) @ E J<J A(. < 1 #0 III.3.1. Modélisation de la partie linéaire (-0.4 Volt< V< 0 Volt) 0 . 2 A(. < P . ('C;'4 < $F; CC CCB) * J<JA " 6 * IZ ;6 * η *. H . , .. 4 − < −! η; 6 =− . ;6 = 0 ^4 * ? >6 4 # G * 0 . 0 ? , @ . 2 A(. < > ' H J<JA 2 . . < H η # # 0 B . < :G B 5 Z 2 C . #: @ . L^ : = β •6 * α F ('CB . # , I β * '. α*. . !A &. 2( 8 ('F& , 0 , < E 2 2 # = −: (6 )• 4 − :6 7 η(6 )⋅; 6 < −! < −! α = −β •6 • 4 − 10 -6 10 -7 10 -8 10 -9 η(6 )⋅; 6 !% " 3 2 Js (A/cm ) -5 * * :6 10 ' 0 ? ) 10 -10 10 -11 ( 10 1 10 2 T (°K) 10 3 10 4 III.3.2. Modélisation de la partie non linéaire (-2 Volt<V< -0.4 Volt) !"#$ 5 0 < ' ! 0 ? $F;) 1 5 Q& : P # QFP 2 # ' . ('C;'4 2 " .. . # . # I 0 ? " < 2 " , ' , 0 < * =− I* η 4 − < + M• −! η; 6 *. . 0 5 .. C && M (C 2 . ' M 1 , ( @ ('F& , . . 2 E ,2 " . > 2 * ,. 2 0 M 2 ('F O ' . > . < > # A(. < 2 J<J & < . &A " N M5 NNN 1 # 2 0 , 9T '> . ('F& 0 4 1 + 4 ! ( . " (' FC $(& F CC CC% CF() * . ( ) = ⋅?!⋅0 4 − ? & 0 & ?! ?& * 0 , .. 9 T * 0 0= 5 . * < 3 9T H ⋅0 . 2 0 , , " '> ! 0 . & ('FC . ! $ ;) # R7 , . , ('FC . # 5 ?! ?& # 2 !A !& =B<& 5 . , . ?! E C& L^ #:F ?& * ( C&: PA L^ 1 .. 0 0 #; C&F PA .. . 0, 0 ? .. 9> , . , : @ -2 7 -2 8 2 Log(I/S/E ) -2 9 -3 0 E x p é rie n c e -3 1 3 0 0 °k 1 0 5 °K 4 2 5 °K S im u la tio n -3 2 0 ,0 5 ,0 x 1 0 -5 1 ,0 x 1 0 -4 1 ,5 x 1 0 -4 2 ,0 x 1 0 -4 1 /E ( C m /V ) &! " 5 5 D ( % &! 0 µ ' ( . D=≅ !A!2 0 2 $%B) 2 . µ * µ = 3 ⋅D =⋅M⋅ 7I 3 5 F * * , , - 2 2 ,. 2 $F;) , E 0 ? , & F . 2 0 ? # # . # 2 $%B) 2 8 L^ C& C & F&& (&& :&& :F 6 * C && & % O Ω (; & F:&& F( & F(&& C%&& C C& ) µ> 'C 'C 'C P ( F; C&CC : B C&CC &;C&CC CB C&CC ; ;C C&CC ; B% C&CC M ( 0 µ P'C 'C ( F; C&' : B C&' &; C&' C C&' ; ;C C&' ; B% C&' F 5 µ * III.3.3. Diagramme de bandes d’énergie 1 0 ? , 2 $BC) 1 , 0 ? , $F;) ! 0 , # 2 # .. 0 < G .. 2 22 0 6 / . 2 A , , - 2 * • , . +M $F;) 2 • 2 # * 0 5 2 , 0 0 < , . 0 < :6 , ('FF • • , , . A @ . 2 2 # 0 ? . , G ('FF 0 . 2 :6 . .. 6 .. 0 2 , , # . G :6 # :6 .. 0 0 . 2 , < @ . 6 2 , ('FF . # 2 , 2 0 2 2 C&': & (BP C ;C P #QF P 2 - 2 . 2 " ('FF 5 2 . 2 2 ! # 0 # . , . A G 2 , , ('FF ! , 9T '> 0 = @ 5SR 7 - && 3 * + <JA ( +M -. -2 Y Y Y -. Y Y Y Y MSR 7 ' P Y P ]8R @ 0* * 2 , < * .. 5SR 7 MSR 7 * 2 0) * # . A 0 , 2 9 -. * 9 !0 ][email protected] R :6 * 80 0 & [ :6 * , 80 0 , → 0 ; → 0 4 * 0 . G III.4. Caractéristiques courant-tension en inverse III.4.1. Modélisation des caractéristiques courant – tension - , , 0 < " * 1= = ⋅β •6 7 α ( ) & = ⋅ =⋅6 4 − 0*A ?6 β 0* = '; C& 1 * α * , , *2 * 0 # . A , C&'CC 0 , # 0 . " * C&; #C&F 9> - # .. 2 .. <* . > . ' # . . 0 0 A , > ('F( 1 2 0 H _0 B 2 , < 2 2 2 2 2 . 2 2 , .. , @0 0 0 `5 1= ⋅ =⋅6 & 0 −Β 4 − *A ?6 O 1= Β < 4 ?6 O > = = • !2 πε ε ⋅ =⋅6 & 4 ! 3 − 0*A ?6 # - 9> P 5 , O 0 C& L^ #:F L^ C& L^ # :F L^ C&' # C&': , C& L^ #:F L^ ' , 0 < D (C O < 3 * $F;) 2 .. , 5 H B . >+ < # 5 2 ('( 1 # .. 0 2 0 0 . G 1 2 2 " 2 # , G O 0 1 A , .. 0 .. 2 , # = < 0 . 0* 3 10 8 L^ : 425 °K : 375 °K : 300 °K : 250 °K : 150° K : 105 °K 2 10 1 10 Ι(µΑ) 0 10 -1 10 -2 10 0,0 0,2 0,4 & " 0,6 0,8 N E 1,0 1,2 (V(V))1/2 4 1,4 5 +* 1,6 1,8 2,0 5 55 5 5 NNN 1 * )) ( 8 L^ C& C & F & (&& ( :F 6 * " 4 A^8 5 ] A F F( F ;&; F %F; ( C& F B( ( C&: C & B C&'% C C(C C&'% ; BF% C&'% C ;B C&' B C&: C&' C % : C&'; 'C% (:: 'C% FB 'C; :% 'C BF 'C( B&B 'C( C% 'F C ( C&'% C ::C C&'% % %F; C&'% F C : C&' C C B C&' F (%% C&'; ) >+ F +)) ( III.4.2. Diagramme de bandes d’énergie 5 0 " . ('F: @ → , * 2 . ('F: 2 0 0 ? $ ;) @ 2 0 0 , % 4 3 → # 0 G G .. 2 2 , 1 , [ 0 , " , . . $ ;F ) 1 * 2 # . F: 0 2 , 0 2 . # ! . 2 (' F: , . , @ - . (' 6 , R , :6 0 ! " 6# .. 0 $CC;) , Y- +-.. M -. MSR 7 YYYY -. Y Y Y Y -2 ∆φ 2 2 ]8R @ & &. " 3 =1 " 0* *2 ∆φ P * * * , , .. .. 0 0 + , < 0) :6 2 [ * * 2 * . ' PY P 0 1 # 2 G .. 9 . A , <KA ( , .. 0 5SR 7 MSR 7 * 2 0 -. * 9 80 2 0 , → 0 → * 0 04 . G III.4.3. Détermination de la constante de Richardson A 1 0 . :C * H 1 =H & ( H F 6 ! # 5 2 2 • • , O 1 6 # ! ?6 . . ('F # F & L^ 5 2 (': E O 0 # J , 0* & − Β < # ( A ) . = 2 * / % !A 7 = , 2 ⋅ = )− 0*A −Β < • ! ?6 & ?N& . , * : X CP B 2 , X , 1E-8 Iinv/T 2 1E-9 1E-10 V=1V V = 1.45 V V=2V V = 2.5 V V=3V 1E-11 1E-12 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 -1 3,6 3,8 4,0 -1 q/KBT X10 (V ) &/ " 6 1 H ! ?6 ) & 6 5 5 5 5 QQQQ PP (0 ." M *& H − ΒJ < " ) = " N 5 F ^QF 'C; ;%( F: C&'% 'C; :;B % B& C&'% 'C &(F C& C&'% 'C; %%( BF C&'% 'C; BB ; :: C&'% 0* & − Β J < F + ) P & CB( & C%(F & C: F & C:&C & C(&% C C: F F ( 6 * @ " 04 " ( ( * ) +)) B <( III.4.4. Détermination de la barrière de potentiel Eb0 (0 5 . .. ('F; ! .. 0 P ! *& − ΒJ < # &( P 1 " 6# 0 2 , 0* ) < . # 2 5 , Β < J 2 2 , 2 * , # 2 (' #& ( 0 2 . 2 2 , . 2 <JA( < @ 5 0* , F& X ! , %& ('F; .. 0 " 2 (' : X 4 . E CP 2 2 0,22 0,21 0,20 0,19 O 0,18 0,17 Eb (eV) 0*A −Β < &2 " 6 ) 0,16 < ( 0,15 04 0,14 " "QQQQ 0,13 0,12 0,11 0,10 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 (V (V)) P P C C: F F ( 4 1,6 1,7 1,8 2,0 ΒJ < -2 P B C C&'F 1,9 1/2 P & &B C & CC;B & C( F &C ( & C;%C & FB:: 6 * / " > + ) B 5 * J )) Β < ) 0*A F )) * ( III.5. Validation des résultats @ ; 2 ( : 2 ) 1 2 2 : (3 : ( 1 ('( : (3 2 ) ) ) . E ,2 #F&& L^ @ . # , # F & L^ 2 > 2 2 0 @ . , 0 1 < . 2 .. 2 . . 2 0 0 8 L^ C& C & F & (&& ( :F 6 * 2" .. : ( 1 ) C ( C&'% C ::C C&'% % %F; C&'% F C : C&' C C B C&' F (%% C&'; , G 0 .. ! 2 , ! < : (3 , : (3 : ( 1 ) C F C&'C& C &C C&'B &%; C&'% F C C&' C C: C&'; F F: C&'; * 1 ( %C , 0 ) ) C CC C&'F & C&'F & %&F & BB% & B%( & B(% 5 ) . 1 0 . > 0, 2 2 , 0 ? 2 ' 0, 2 2 . 0 , 2 2 5SR 7 2 5SR 7 MSR 7 0E * 2 2 5 . , 5 π σ 0E . , , , 0 . , 0 ? 2 ! # M7R 7 3 .. 2 0 + 2 ! @ > .. +0 . 0E , ! . # . 2 A 2 0 , " , .. .. 9 T '> 0 # 0 0 # . A , , 0 .. 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"5 ! 7 • 1 1 1 & 3 1$! 2&3 6= @2 < 1 • $! 23 < $! 2 < 6=== D % % %== D 6= K / " " 0 %=K % %==D =/ = $! 2 %AΩ 0 A 3 % 0 6=== D Ω 2 < ! ! 0 $ K3 < • 1/ 1 ! 0 1$! 23 - 0 < /: /: ! ! / /: 1 3 ; CE 2 ! ! /: 16==D 3 7 /: 0 ! 0 ! < ()*?.B 1 0 6== FEG3 2 1 1 /: ) " / < I 6%& 3 /: • 0 3 0A Ω 6 === D % 0 % @2 W 6=Ω 0 =Ω < α 0 • " 0 = $ 0 = &6 /: 0 0 ! 0 A / Ω % 6 === D 0 % @2 0 /: 0 ! 0 0 2 < 0 " _ ! + /: 0 0 /: 0 2 α 5 ! < 1 1( 1 / [ /: / B ! 3 2 1//(3 < + 3 ) ; (//B (//B 4 " 1/:3 + ! ) ! / (//B < /: 6% : 3 Chapitre V Conception et modélisation d’un système photovoltaïque adapté par une commande MPPT analogique munie d’un circuit de détection de dysfonctionnement et de redémarrage ! ! ! " ! ! * %& % ! ! ( # ! ! $% $' ! ! ! 0 ) ! ! $' /) 3 12 0 * . ! / ! ! ! 0 + 6 ! ! & / 1 7,-$ 8 ! !( : ! ! ! $ ! ! 0 ! % 1 ! & ! ! ; ! 1 9$ 2 ) ! ! " ! ! 0 . / 1 ! () * ! ,,- 4 $% ! ! ! ! " 1 . * ! ! # () + , / ! ! ( ! 5 0 ! . ! / . ! + 7,! * / $ ' /5 ! ! ! () ( 66 = ! . ! 66 >[email protected] + , !( ! ! % 9$ A B7 + CC- ! 5 . ( / ! < ! ! ! ( ! ! ! $ D ! ! ! $' ! ! ! ! ! $ 1 ! ! ( !( ) ! ! ! ! 0 ! ! () ! E$ % !& %& % ( ! !( < ! () ! * * () ! ! ! ! ! A 7& 66= ( ( G 7C• ! 5. ! ( / ! ! ,F %A1 ! # ! ! # ! ! E ! ! 0 . 6$7= ! ! 7 ( ! ! ! ,, 77-$ A α. $ ! . E ! ! ! ! $ H () / !( ! $ ! ! % ! () ! ! $ ( ! ! / ! $ ! ! ! ! ! 1 () !! ! ! * ! . ! ! ! + , ( ! ! . ! () / ! A B7 + F& A B7 ! ! ! ! B $ / ! ! $ % / * ! ! ! ! < !& ! $ % ! ) . . ! ! $ ! ! ! !( ! . ! !& ! ! C$C D ! ! ! ! • < ! ! ! ) . ! 66 >[email protected] ! ! ! ! B7 = . C . B + ,6-$ ! 0 1! " ! • () 2 • ! ! . ! $ & $ 8 ! ! ! ! B =$ ' ! / ! ! () ! ! % ! 66 D . B$7 =$ % 9A ! ! ! 0 1 ! %I % % A B7 ! 0 % & '() * + + ,6 1 9 , ! % *- ' ! ! 7&C$ % $ ! 7& ! ! ( 7&,$ ' ! ! ! ! ! ! 0 ' ! 1 0' E ( 9' ! A ' 0<AK:1 %A % :J A B7 B7= A ! ! 9A A 0 6 & '.) *+ */ 0 0<AK:1 J ! %- 9' ' A ' % :J & A B7 B7= Vs 9A %A A ! ! M 6 & '1) *+ */ A ! % 0' αΤ 1 & 0 '2) ! - " # II.3.1. Généralités ! . α( % ( 0 * 7&7&D + α. * 6 7F-$ α $ ! ! ( α$ " 7&7&D $ A 0 * ! ! 3. () ! , ! ! 5 7&7&L 2 0 " 0 M ! / ! 0 ! 3( ( ! ! ! " ! : ! 0 % ! 7& $ 1 $ " " $ " = = ! α = ! α & ' )& " / 5) 4) 3(/ 3. ) +) !666% / + * */ 7 . !'''''% +" ! % = *! * %- II.3.2. Différents types de commandes MPPT A 0 * ! ! $% ! # ! / $D ! ! • % ! 0 ! 0 ! 0 ! 1 / + B ! 6- 2 $ : ! !( $: . ) " ! ! ! ! $' ! [email protected]$ % .! ! % ! • % ' ! ! ! ! ! ! ! ! ! / ! ! * $% $ / !! A$ A ! + 7 & F -$ 1 ( %'% Π ! ! , ! ! ! ! $ ! ! ! () / 0 1 / 0$ 0 $% ! ( / ! ! # & $ ' ! *$ $: $' ! ! ! / ! / + 6 ! ! $D ! 0 1 ! ( ! F -$ : ! ! ! ! $: ! ! 0 1. 'K9 ! ! ! ! ! ! 0 1 . ) ! ! ! ! ! ! • N * . ! 8* 9: + 7B& 7 -$ 1 ! 1 . / ! " $% ( ! ( ( ! ! / / ! , () ! ( $ ! : !( ! ! $ ! O ! ! + FB+ FB-$ () $D ! *! ! %$? . 76 0 % ! / () . ! ! ! * ! ! # ! + FF- >$?$ ? + FF66 ! $ D ! ! 2 & ! ! ! ! ! & & A ! 7&F ! ! $ ! ! ! ! * 0 ! % 4 ! ) + 7,-$ 4 4 4 Q 4& α 4S *! * <P / ! ! ! ' & / ! ! / 2 4 R 4& α 4S Jα 4 S Jα 4 & 4S R 4 4S Q 4 α & ';) 4 , L ! " ! 0 *! / ! • • • • N !N ! 1 !N ! *() ) ! 0 1! + F,- 2 ! N ! %- * ! ! ! ! ! ! ! ! / ! . !N / ! ! $ ! * () " # () / ! !N ! $' + FC F7-$ ,, / . N! *$ < ! 5 ) ! 0 ! ! ( *! * ( ! ! . ! 1 $8 !( & ! . $D ! * / ! ! ! ! ! • & () /) ! () ! / ! () ! !( $ 8 ! () $ !( ! () ! 0 ! () $ ! ! !( • ! ! / + 7,- ! ! ! 5 ! ! $% ! ! () + 6 7, FB F 7&B $ ' ( ) ! ! $K . /) ! / ! ! () . ! 0 ! 0 1$ 8 ! * 2 ! ! ! ! 2 ! ! ! ! ) $% ! ! ! // ! !( ! ! () 2 $ 8 ! ! ! . ! !( * $ 2 / ! % ! $ ! ( ) // ! 0 1 ! ! () ! ' ' ! ! %& % ! ! + 7,- ! ( ! ! ! 9$ " " $ % " = = " = = % % < " & " ( = = % & '< ) % < & * ' / " 4) ) / / 3(/ 3. ) !3.=3(% ,C 5) ) / - ' " # ' A 7&G ! . / $% ! ! 0 . ! 0 1 ! ! + 6 -$ ' + C$C D$ ' 6* 6&, Ω ! -$ ! ! . / ) ! 3 ! . : $' ! = −.> ⋅ (> : * ! . ! $' ! / ) / $ $ ! ! * ( ?! / ! ! ! •: * 6 ! . = >-2 : ! . ! ! $ ' ! * ! ! $8 $ ' ! ! * = . ( • : ! * $% ! H 2 * =? * / * . ! • . −1 •: ! • ! ! $' 2 * =− / . 2 • ! ! ! ! 1 ! ! ! ; + 6 -$ : . 6$ [email protected]$ % ! ! * ( ! + ! ! = * . . ! ! ! 2 * .. . ) ! ! ! ! ! 2 * % • ! ! ! * τ. $ D " ! . 9% 2 = •: ×* E ! / ! ! ! ! ! * τ( ! *! ! ! ! . ) . ! " . @ ! . $ . ! $A . ! ! ! . • . . ! ! $ . ! / / • / ! ! T> ! T> ! / / < ! ! & ! ! U !& ! ! ! @* $ / . / $ ! ! . & 6 ! ! @* $ ,7 • / ! ! >/ >% ! . $ / ! / • ! / 2 ( 7& α . ! ! ! Ω ! * + * * + ! ( ! ! ! ! 7& 6 $ ! ! V ! 0<AK:1 # 9 ! 0' $ % ! • $' ! . ! ! ! ! 66 >[email protected]$ ' ! $ : ! ( ! . ! * + ! ! ! . + ,, CB-$ % 9 % %& % 0 ! A 9 ! ! 9A 0' 9 ?' % 9% S T ! > % 0 9% > 4 & ! 0<AK:1 S & 9 96 %6 & % D % & W ?' 'A ) B.>/.(CW & 7 1 'D) E !.%- %% A α1 6 α α ! α! & * " '(> ) * + !666% + !'''% +" ! (/ α-- .% */ . ! = ) ,F * α- % " - " ' ! $% # ! ! ! ! ! ! ! ! !( !! ! . E ! / $ A ! * ! ! ! ! () / $ ) % . 7& ! ! ! ! ! / $ ! # ! " . ! ( ! ! ! $8 . ! ! ! $ : / .! % A %& % 21k ! 0<AK:1 %% 9 R2 9A 20k 0 1k 9 & 9C 2 - 4 3 + B1 0 <A SJ 4 S 11 0 Cl 5 - 6 '0, 6 12 Q 13 Q ( ) ! ! ! ! 0 BC'AB, R 7 0 2 A ?K B(;AC- ! H *$ ! ! () * + 0$ ! / . / α$ ! ! * ,B ! ! / . ! / X $ $ ! ( ! . ! ( / ! $' () ! 0 ! α! ( ! E ( ! ! 0 1$ : . 2 ! '0, 9DY 1! ! ! 4.7k 11 3 12 F %% ! ( ) $' 7& 2 ( + 0 E / ! R0 5k C0 4.7u CL F 8 ! •D 2 X6 T 3 > T 0 1 41 %' 12 3 OU V 3u 4.7k '(( ) ! ! D BC 1k <A <Z H 9B 1k Cr 9, 6 & ! 9A 9 1k M ! . ! $ % A B7 ! / . X6 * + ! . / ! () ! ! / 0 •L 2 X () / •% 2 % 1 () 0 ! () ! :$ ! ! !$ : ! () ! :$: / / . / $ ! α ! 1 ! ( ! ! ! !! ( . ! ! / 0$ ! . . / ! $' ! 7& , ! ! ! !( ! . () / ! 0 ! ! ! α! & $ % ! $ " * % $ " α " * ) " * α * α α! * J & '(. ) * ) 4/ 5 ,G - α! " α ( * * α " & '(1) * α! " * ' ! % !G%- ' ' IV.1.1. Structure du circuit détecteur ' ! 7& C + B6-$ % U/ 7& ! ! ! * ! * $8 ! ! ! 0 7& C ! ! ( 8 ! !( ! * ! * ! * ! ! () / T> 1! ! / ! !( ! ! / 8:777 ! ! * ! 1 U ! 0 1 ! & $ % ! ! * & * [& 7C'AGF / ! ( .$ ( IV.1.2. Fonctionnement du circuit détecteur ! ! !( ! 7& C$ ' U/$ ' !( U U/$ : ! $ % $ A 7& C () • ! ! () ! U U/ ! 7& 7 ! ! 0$ ' . / X $ % I, ! ! ! !( ! . U / ! / ! () ! ! ! 7& $8 ! ' ! ! 6$ U * ! ! ! 2 . ( = U U/ . ! U / 7& 7 ( () ! / ! ! ! ( ! / ! * X6 ! U , / ! ! [&< *& U U/ . . ! / ! 9 1U ! U$ ! () ! ! ! ! ! U U/ * ! ! ! 0 ! . ! * U ( & . / 1$ / • / X6 $ % ! . / ( ! ! %6 7& ( !H ! (% U ! / !( X6 . ! ! X6 ! X . ( ! " %6 ! ! () ! () % 5 $' ! ! ! !( ! / / ! ! () $A ! / * U * . ! $' */ / ! ! ! ! / ( 7& 7 $ % ! () $' *& ! τ !τ8 .' (% 1 $' ! ! ! / / . X ( ! ! ! / U! / ) 1 ( ! & $' ( / . ! [&<9 / !! ! / . ! ! ! / ! $ X6 U/ . X 6$ ! U/$ ' . ! ! $ ! ! U ! ! ! ! / ! G %% 9 %% 19 WW:9 4 RESET 7 U 6 B 9/ <Z1 Z1 %<819<' 1 A%?D9W: U % W8 % G 9 2 4 5 U/ 6 7 9/ U '(2 ) , 8:777 %% & ,2 % 19 WW:9 7C'GF %% 9:A:1 CONTROL 1 A%?D9W: <Z1 Z1 ,2 W8 % 8:777 + 7 C6 I - U 6 U/ 1 1 1 1 1 1 6 6 6 1 1 *& τ 6 1 & '( ) J JI I *"' L'F 7 ( !>= (% ) + ( . ! (= = .%) + 8 ! ) %6 . ! ! ( ! )! ! ! $' ! . ! ! ! 1 /* ! ! 0 I KG . I / I - τ τ ! / τ $' . * ( 0 ! 0 1 > ( τ ! . ! I, %% ! " ! 0 1$ " ! ! () " ! " $ + IV.2.1. Circuit de redémarrage ' !( ! 0$ 8 ! ! ! 7& F 0 ! !( ! ! • () ! $% ! 2 BCD%6C [&<9 ! ! ! 7& F 7& C $ % # ! ! . () ! ! [&<9$ • / , 8: 777 ! ! . ! ! ! ! * . $% ! $ / [&<9 C X6 . X ! E . I, ! * ! / E . τ ! X6 I, / / ! %%$ ' ! . ! ! ! ! ! ! / $' / ! / * ! ! / 2 τ = (-( 9 9 • 2 ! >/ τ ! ! . A A! > ! ! .6 : ) H . / $ U ! τ 2 ! ! ,.7 S ! ( VCC ! ! ! \ ! ! %6 6 $ $ G , 9 1 2 *] ! ! BCD%6C !( ,2 19 WW:9 9:A:1 <Z1 Z1 %<819<' 1 A%?D9W: W8 C 7 F B % Ccom % & 7& F () $ >! ! ! 0 + + - - A/ 4 96 %6 8:777 1 '(;) A ! 7 + - IV.2.2. Analyse de la divergence et mécanismes de redémarrage 8 ( ! !( / ! ! ! ! ! ( () () $ $ ! . () ! ! ! ! ) ! * . ! ! $ 8 / ! 2 • ! H 7& B&D X6 ! () ! 0 ! α! ( ! ! $A / ! . ! $ ' 0 ! () % $ A . () & 9! 7& F 6 7& B&D $ ' * M ! () ! ! ! ! 5 ! ! ! ! ! !* % ! ! UJ / 0 0 ! ( ! / ! ) () UJ α % 9 . $ E ! . () ! " ! %6 . " 0 $ • ! 0 H ! 7& B&L 0 UJ X $ A ! () ! / C ! ! ! ! ! ! ! ! . ! ! ! * ! & 0 $ ' $ % ! / ! 0 J8 0( $ 2 ! ! τ( ! ! ! . 7& C & ! τ. ! ! * ! ! * ! ( . ! / () 7& B&L& $ () 7& B&L& $ Z !( ! ! !α 8>%$ ! 0 ! . 9 ! 9 ) ! 0 ! ! $ $ " α! * ! % ! () () 0 % D * " K E . αJ6 " L& " L& α α K E " . " αJ6 & '(< ) 4% ) 5'(% ) 5'.% ) & M " / ( + - / / αJ6 - 7 ' ( ! () ! < ! ) • ! ! ( ! 0 1! !& ( / / 4 ! 2 7& C, $ • ! ! 0 1 ! () ! ! 7& ! ! ! 7& C 7& F$ ! !( ! ) V.1.1. Fonctionnement en tenant compte de la commande MPPT ! 0 1 =I ! E 7& ! 5 . ( / ! . ,Ω ! () ! ( ! " . ,$G7 Ω ! 66 =I $ ! ! $ < !& & 666 ! *-(-(-(- & A 7& G / ! / ! ! . ( $ % 76 ! ! ! ! ! $8 !; . 6 ) ! 0 ! C6 $ 4.0V 3.0V 2.0V 1.0V 0V 0s 100ms V(Vmult) 200ms 300ms 400ms Time & A X6 / / '(A ) & 7& ! / 1 1 ! 7 ( U T> ! ! ! U/ ! ! $ D $ ' / / ! T> . / = 1 K & ! ! / . / ! ! $' . X ! ! ! ! ! ! $ D ! ! ! ! 0 ! 5 ! 1 ( () . I, %% 0 76 $ % 9$ R 76 ! ! ! ! ! ( 0 6 .0 V 5 .0 V 4 .0 V 3 .0 V 2 .0 V 1 .0 V 0 V 0 s 25 ms V( Vc om p) 5 0m s T im e CC 7 5m s 1 00 ms / ( 5.0V 4.0V 3.0V 2.0V 1.0V 0V 0s 25ms 50ms 75ms 100ms 75ms 100ms V(VQ) Time 5.0V 4.0V 3.0V 2.0V 1.0V 0V 0s 25ms 50ms V(VQb) Time & '(D) G ' 7 . ! !(% / 1 ! >/ > ! 6$% ! >[email protected] ! ! . %& % / T> 7& C O ! ! 7& 6 $ ' . / ! N? 7& 66 ! ! ! >/ > . / ! . / ! ! 76 ! ) ! . ! 0' + ,, CB-$ A ! I ! ! ! ! ! . ! . 0 D JI ! ! . / J 7& 6 $ D ! ! 0$ ! >/ > ! ! . ( $ % ! 7& 6 ! ( ! ! ! 0$ 8 ! / ! ! / 1$ % ! () ! ! O 0 ! ! 0 ! ! ! % 9 1 ! 66 ( ! $ 6 $ 4.0V 3.0V 2.0V 1.0V 0V 0s 20ms 40ms 60ms 80ms 100ms 60ms 80ms 100ms V(VQ) Time 4.0V 3.0V 2.0V 1.0V 0V 0s 20ms V(C0:+) 40ms Time C7 %6 ! / ! ! α 6 .0 V 5 .0 V 4 .0 V 3 .0 V 2 .0 V 1 .0 V 0V 9 9 .0 m s 9 9 .2 m s V ( V m li) & '.>) G 9 9 .4 m s 7 J !.% α! % ) *-(-(-.- A • / ! > ! ! 1 . ! ! ! "I / - ! ( ) • I + 7 * . ! 0 9 9 .8 m s / 7& 7^% ! 9 9 .6 m s T im e ! ! ! ! O 7& $ 76 0$ ! ( 666 =I < ! ! # 2 ! 0 11 ! ! / * ! ! 2 & / ! B7 = . ! 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